Телескоп James Webb: завершились испытания охладителя

0
5

Первый в своем роде охладитель для космического телескопа Webb протестирован NASA. Он похож на обычный холодильник, но с другими функциями, чем просто охлаждать продукты. Именно он станет тем устройством, которое поможет «ловить» слабый свет от первых звезд, родившихся миллиарды лет назад. 

Телескоп James Webb: завершились испытания охладителя

Охладитель необходим для понижения температуры четырех приборов модуля MIRI, работающих в средней инфракрасной области спектра. Он разработан Northrop Grumman, затем доставлен в NASA для комплексных проверок, после которых уже можно говорить о его полной работоспособности и предстоящей готовности для космического полета. 

После тестирования охладитель, в комплексе с другими приборами MIRI отправят на производственные мощности Northrop Grumman, где обсерваторию объединят в единое целое и подготовят к давно ожидаемому запуску в 2018 году, а MIRI станет самым холодным прибором, работающим при температурах в 6,7К. 

Почему необходим такой холод? 

MIRI работает в среднем инфракрасном диапазоне, позволяя «ловить» сигналы, испускаемые объектами в диапазоне комнатной температуры. Люди и воздух, которым мы дышим, например, видимы в данном диапазоне, но это излучение невозможно видеть глазами. 

Специализированные приборы MIRI способны зафиксировать это инфракрасное свечение, но их необходимо охладить, чтобы избежать фоновых помех, которые могут заглушить явления и события, интересные для астрономов. Еще три научных прибора телескопа, работающие в ближнем инфракрасном диапазоне, также должны быть холодными, но не до такой степени. 

Оптика телескопа и приборы ближнего инфракрасного диапазона работают при температуре в 40К; для этого их достаточно накрыть солнцезащитным козырьком обсерватории и не допустить попадания солнечных лучей. Кроме того детекторы ИК-излучения, которые преобразовывают свет в электрические сигналы должны быть охлаждены до 7 градусов выше абсолютного ноля. 

Другие инфракрасные телескопы, такие как Spitzer и WISE используют технологию термоса, когда приборы «окружены» хладагентами, такими как жидкий гелий. Но эти системы очень большие и тяжелые, что не годится в случае с Webb. Также их самый большой недостаток – определенный срок годности, связанный с нагреванием и испарением хладагентов. 

Поначалу на MIRI также хотели применить эту технологию, но позже изменили на активную систему охлаждения, которая работает по принципу обычного холодильника. Охладитель MIRI, также названный cryocooler, может эффективно работать без потребности в хладагенте. 

Можно охладить напитки в переносном термосе, полным льда, или можно поместить их в холодильник. Лед в переносном термосе, в конце концов, плавится, а затем напитки внутри нагреваются, но холодильник позволяет сохранять продукты. Основной принцип активного охлаждения – сжатие газа компрессором, а затем его расширение для поглощения тепла. 

Та же самая вещь происходит в домашних холодильниках и кондиционерах воздуха. Газ или «хладагент» сжимается компрессором, затем расширяется в том месте, где необходимо охлаждение. После поглощения избыточного тепла газ перемещается по трубкам к радиатору (конденсатору). На нем происходит сброс избыточного тепла. Газ затем повторно сжимается и процесс начинается заново. 

Система охлаждения на будущем телескопе, конечно, сложнее, чем у домашнего холодильника. Чтобы избежать избыточного тепла и колебаний, воздействующих на MIRI, конструктора разместили большую часть технических средств охладителя под солнцезащитным козырьком. 

Поэтому система охлаждения состоит из 20 метров тонкой трубки, которая в виде змейки тянется по обсерватории и где циркулирует гелий. Система охлаждения MIRI четырехступенчатая, охлаждение газа происходит последовательно. 

Компрессор, как и его система управления, недавно прошли криогенные и вибрационные испытания. Инженеры выполнили автономные проверки компрессора и электроники в криогенной камере, затем прошла вибрационная проверка этих систем, когда имитировались условия запуска. Завершающий тест состоялся в криогенной камере, где проверялась работоспособность всего охладителя.