Путь зеркал: От рудника и до орбиты
Новый телескоп James Webb должен отправиться в космическое путешествие только в 2013 г., но он уже вполне освоился с путешествиями по земле. В ходе подготовки, сборки и полировки зеркал он уже множество раз пересек североамериканский континент.
«Чтобы наблюдать самые первые звезды и галактики, появившиеся в молодой Вселенной, расположенные в миллионах и даже миллиардах световых лет от нас, зеркало телескопа должно быть безупречно гладким», — поясняет один из участников проекта Джефф Кигли (Jeff Kegley).
Основное зеркало James Webb состоит из 18-ти шестигранных сегментов, и все они должны быть идеально подогнаны друг к другу и отполированы, чтобы сложиться в зеркало диаметром 6,5 м и площадью 25 кв. м. Путешествуя из штата в штат, из одной лаборатории в другую, где они становятся все более совершенными, сегменты эти должны быть защищены от сотрясений: если хотя бы с одним из этих зеркальных сегментов что-то случится, многие годы работы могут пойти насмарку.
«Об этом мы даже говорить избегаем, — добавляет еще одна участница создания телескопа Хелен Коул (Helen Cole), — хотя, на самом деле, у нас имеется три запасных сегмента, так что в каком-то смысле мы застрахованы». Попробуем же проследить долгий и непрямой путь зеркал будущего космического телескопа, а заодно узнаем немного о том, как изготовляются подобные совершенные инструменты.
Начинается история в «мормонском» штате Юта, в бериллиевых рудниках. Бериллий — один из самых легких металлов; в том числе поэтому он является популярным материалом для изготовления зеркал телескопов. Отсюда бериллиевая крошка переехала в штат Огайо, где технологи просеяли и очистили ее, получив однородную беспримесную массу. Такая «пудра» была затем помещена в большую и плоскую стальную банку. Емкость подвергалась воздействию высоких температур и давления, чтобы получить плотную «плитку» — заготовку зеркала. Извлеченная из банки заготовка погружалась в кислоту, которая удаляла все микрочастицы стали, которые еще оставались на ней. Заготовки разрезались на половинки и отправлялись дальше, в Алабаму.
Именно здесь заготовки нарезались в форме пчелиных сот. Толщина каждого такого сегмента составила менее миллиметра — немногим толще листа бумаги — что должно сделать зеркало как можно более легким. Нарезанные заготовки переехали в Калифорнию, где проводилась их самая тщательная полировка с постоянным тестированием качества работы в оптическом диапазоне и при комнатной температуре.
Но ведь понятно, что сам телескоп будет работать совершенно в других условиях — при крайне низкой температуре открытого космоса. Да и сфера его работы — инфракрасный диапазон спектра: можно сказать, James Webb будет ловить тепло самых далеких звезд и галактик. Для этого низкая температура на орбите подходит как нельзя лучше.
Рабочая температура James Webb — минус 238 градусов. «Такой экстремальный холод, — поясняет Хелен Коул, — неизбежно приведет к тому, что отдельные компоненты телескопа и его зеркала изменят форму. Так что, прежде чем отправлять его на орбиту, необходимо проверить все в условиях низкой температуры».
Для этого фрагменты будущего зеркала вновь вернулись в Алабаму. Здесь, в знаменитом Маршалловском центре космических полетов, имеется для этих целей особая криогенная камера. Тестирование в ней позволило выявить тончайшие изменения в размерах и форме компонентов на холоде и дало информацию для проведения дополнительной полировки, которая должна компенсировать эти изменения.
Как только завершилась дополнительная полировка, сегменты зеркала «обдули» парами золота, которое образовало на его поверхности тончайшую и гладкую пленку. Эта пленка обладает высокими отражающими свойствами на всех рабочих диапазонах телескопа — от видимого до инфракрасного.
Наконец, все 18 сегментов оказались в Мэриленде, Годдардовском центре космических полетов, где их собрали на общей структурной основе, в единое массивное зеркало. Теперь предстоит проверка того, насколько хорошо они работают вместе. Интересно, что это многосоставное зеркало будет складываться и раскладываться на манер оригами, чтобы разместиться в ракете-носителе — и затем раскрыться на орбите.
Следом должна завершиться сборка остальных частей телескопа, которые уже вместе с зеркалом пройдут акустические и вибрационные испытания, а затем — проверку в той же криогенной камере. Кстати, есть на будущем телескопе James Webb и еще один крайне интересный компонент — тысячи микроскопических «затворов», которые защитят его чувствительную аппаратуру от слишком ярких звезд. О них мы писали в заметке «Затворы на орбите».
По информации NASA