A James Webb űrtávcső felépítése és főbb technikai adatai

Tamási Dávid | egy hónapja

Miután az első részben megismerhettük a James Webb űrtávcső történetét, nézzük, hogyan épül fel ez a hatalmas teleszkóp!

A Hubble-nél jóval nagyobb, ám nagyjából fele akkora össztömegű űrobszervatórium három fő részből áll: a Tudományos műszermodulból (angolul Integrated Science Instrument Module - ISIM), az optikai egységből (Optical Telescope Element - OTE) és magából a tartószerkezetből, amelyre a többrétegű napfóliát is felszerelték (Spacecraft Bus and Sunshield). A távcső össztömege kb. 6,2 tonna, főtükrének átmérője 6,5 méter.

A távcső főbb alkotóelemei. Forrás: NASA, magyar grafika: Szabó Bence és Séra Gábor (spacejunkie.hu)

Tudományos műszermodul (ISIM)

Ez az egység foglalja magába a távcső összes kameráját és tudományos műszerét, tehát ez maga az egész űreszköz szíve, fő alkotóeleme. Az ISIM négy műszert tartalmaz:

  • Near Infrared Camera (NIRCAM): az elsődleges képalkotó berendezés 0,6-5 mikron közötti tartományban vizsgálja az infravörös fényhullámokat. Segítségével akár a világegyetem első csillagaitól és galaxisaitól érkező fényt is képes lesz érzékelni, de fiatalabb csillagokat és objektumokat is tanulmányozni fog a Tejútrendszerben és a Kuiper-övben. A kamera koronagráf nevű műszerei képesek lesznek a fényesebb csillagrendszerek mellett tompább fénnyel rendelkező objektumainak vizsgálatára is azáltal, hogy az erőteljesebb fényhullámokat kiszűrik. A csillagászok azt remélik, hogy a kamerának köszönhetően sikerül megállapítani különböző bolygók karakterisztikáját, melyek a viszonylag közeli csillagok körül keringenek.
  • Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec): az infravörös kamerához hasonlóan 0,6-5 mikron közötti tartományban fog működni. Az objektumoktól beérkező fényt színképpé alakítja át (szórja szét), ezáltal a szakemberek meg tudják állapítani az adott égitest hőmérsékletét, tömegét és kémiai összetételét. Mivel a távcső az Ősrobbanás után keletkezett első galaxisok után fog kutatni, azok annyira halványak a felfoghatatlanul nagy távolság miatt, hogy több száz órát kell a műszereknek egy adott pontra fókuszálni, hogy elég fényt gyűjtsenek be. A NIRSpec 5 évre tervezett működési ideje alatt galaxisok ezreit fogja tanulmányozni, és egyszerre akár 100 különböző objektumot is vizsgál majd. Az eszköz egyik leginnovatívabb megoldásnak köszönhetően 100 apró, az emberi hajszállal megegyező szélességű cellákba gyűjti a fényt, melyek egyenként működtethetőek, így a világűr adott pontjait eltérően is képesek vizsgálni a beérkező fény alapján.
  • Mid-Infrared Instrument (MIRI): az 5-28 mikron közötti infravörös tartományban működő műszert kamerával és spektrográffal is felszerelték, és az emberi szem számára már túl hosszú fényhullámokat képes begyűjteni. Távoli galaxisokat, újonnan formálódó csillagokat, halvány üstökösöket is képes lesz a Kuiper-övben tanulmányozni. Emellett a fizikai tulajdonságait is képes lesz felmérni egy adott távoli objektumnak, amire a Hubble nem volt képes.
  • Fine Guidance Sensor/ Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph (FGS/NIRISS): a finomhangoló érzékelő segíti a távcsövet a precíz fókuszálásban. Az legtávolabbról érkező fényhullámok begyűjtését, exobolygók észlelését és tanulmányozását fogja végezni. 0,8-5 mikron közötti tartományban fog működni, három fő üzemmódban, ami különböző hosszúságú fényhullámokat lesz képes vizsgálni. A műszert a Kanadai Űrügynökség (CSA) gyártotta.

Az ISIM ráhelyezése a James Webb tartószerkezetére. Fotó: NASA/Chris Gunn

A NIRSpec mikrocellái. Forrás: jwst.nasa.gov

Műholdplatform (Spacecraft bus)

Itt helyezték el a James Webb rendszereinek többségét. Szintén eléggé összetett egység, összesen hat különböző rendszerből áll:

  • Elektromos áramellátási alrendszer: ez alakítja át a beérkező napfényt árammá, ami az egész távcső energiaellátását biztosítja.
  • Stabilizáló alrendszer: folyamatosan felügyeli a James Webb helyzetét és tájolását, illetve stabil keringési pályán is tartja az űreszközt. Ezáltal a finomhangolású műszerek nagyon hosszú ideig is képesek a világűr egy adott pontjára fókuszálni.
  • Kommunikációs alrendszer: az űrtávcső "füle" és "szája". A földi irányítóközpontból beérkező parancsokat alakítja át és továbbítja a tudományos rendszereknek, illetve visszasugározza a begyűjtött megfigyelések eredményeit.
  • Parancs- és adatkezelési rendszer: ez az egész platform agya, ebbe építették be a fedélzeti számítógépet, ami a kapott parancsokat továbbítja a megfelelő műszernek. Ez tartalmazza az adattároló eszközt is, illetve azt a processzort, ami az összeköttetést biztosítja a különböző műszerek és rendszerek között.
  • Meghajtási rendszer: itt találhatóak az üzemanyagtartályok és azok a meghajtási egységek ("rakéták"), amikkel a stabilizáló alrendszer megfelelő pozícióban tartja az űrtávcsövet. Két különböző hajtóművel szerelték fel az eszközt: az egyik az úgy nevezett "Secondary Combustion Augmented Thrusters" (SCAT), ami magyarul másodlagos égetéssel kiegészített gázdinamikai fúvókát jelent. Ezeket fogja a távcső a keringési pálya módosításaihoz és a stabil pozíció tartásához is használni. Két pár ilyen kis meghajtási egységgel szerelték fel a James Webbet a redundancia, vagyis helyettesíthetőség céljából. Hidrazint és dinitrogén-tetroxidot éget el működés közben, ezért is nevezik kettős meghajtású fúvókáknak is. A másik meghajtásért felelős fúvóka az MRE-1, ami a mono-propellant rocket engine (egykomponensű hajtóanyagú rakétamotor). Nevéből adódóan csak hidrazinnal működik, és összesen nyolc darab található belőlük a meghajtási rendszerben. Ezeket az űrtávcső a stabilizáláshoz használja majd.
  • Hőszabályozási alrendszer: a James Webb megfelelő működéséhez szükséges -233°C-os üzemi hőmérséklet fenntartásáért felel.

A JWST műholdplatformjának egyik prototípusa 2014-ben

Oldalstabilizátor

Ennek segítségével marad stabil pozícióban az űrtávcső, és csökken a felhasznált üzemanyag mennyisége azáltal, hogy nem a teljes űreszköznek kell kiegyensúlyozni a napszél sugárnyomását.

Napelemszárny

Folyamatosan a Nap felé nézve gyűjt be elég napfényt, amely elektromos árammá alakul az átalakító rendszerben, így biztosítva a távcső megfelelő energiaellátását.

Föld felé néző antenna

A kommunikációért felelős berendezés, mely a NASA Mélyűri Kommunikációs Hálózatán (Deep Space Network - DSN) keresztül fogadja a földi parancsokat és továbbítja a fedélzeti számítógépnek, emellett a beérkezett tudományos adatokat is a Földre sugározza.

Csillagkövetők

Ezek olyan kis méretű kamerák és távcsövek, melyek segítségével a szakemberek meg tudják állapítani, hogy milyen irányba néz a teleszkóp.

Többrétegű napfólia

Ahhoz, hogy a James Webb képes legyen a nagyon csekély hőjeleket érzékelni, rendkívül alacsony hőmérsékleten kell tartania magát és a rendszereit. Ebben az ötrétegű napfólia játszik fontos szerepet, mely védőpajzsot képez az űrtávcső érzékenyebb részeinek a napsugárzás ellen. A nagyjából teniszpálya nagyságú szerkezet 21,197 méter x 14,162 méteres hosszúsággal és szélességgel rendelkezik, és a távcső mindig úgy pozícionálja, hogy eltakarja a Napot/Földet/Holdat. Minden réteg hidegebb az eggyel kijjebb felszereltnél, a rétegek között pedig légüres tér van, ami rendkívül jó hőszigetelő tulajdonságú. Emellett pedig a rétegek kisugározzák a felvett hőt az űrbe. A napfólia egy speciális hőtani tulajdonságokkal rendelkező, kapton nevű kompozit anyagból áll.

Fotó: Northrop Grumman

Az optikai egység (OTE)

Ez az űrtávcső szeme, mely begyűjti az űrből érkező fényt és továbbítja a megfelelő tudományos eszközöknek. A főtükörből, a másodlagos tükörből, azok tartószerkezeteiből és alrendszereiből épül fel.

Főtükör

A 6,5 méter átmérőjű egység fénygyűjtő területe hatszor nagyobb, mint a Hubble ezen berendezése, viszont ekkora mérettel egyik ma használt rakéta sem rendelkezik. Így a mérnökök 18 darab kisebb, hatszögletű részből állították össze a tükröt, ami az indítás után, az űrben fog kinyílni teljesen. Azért van szükség ekkora méretű tükörre, hogy a távcső a világegyetem legtávolabbi pontjaiból is képes legyen begyűjteni a fényhullámokat. A hatszög alakú kisebb egységek jól és résmentesen illeszkednek egymáshoz, emellett a szimmetrikus elrendezésnek köszönhetően csak három különböző szempontot kell a mérnököknek figyelembe venni. A nagyjából kör alakú tükörforma sem véletlen: ez tudja a legideálisabban és legegyenletesebben begyűjteni a fényt. Az ovális túlságosan megnyújtaná egyik irányba a hullámokat, a szögletes forma pedig túl sok fényt koncentrálna a középső részhez. A szegmenseket berilliumból gyártották és arannyal vonták be. Előbbi a tömegéhez képest nagyon erős anyag, utóbbi pedig bevonatként jól veri vissza az infravörös fényt. A berillium jól vezeti az elektromosságot és a hőt is, miközben nem deformálódik. A 18 elem gyártását az Axsys Technologies nevű vállalat fejezte be a formaigazítással, majd ezt követően az SSG/Tinsley cég csiszolta őket tökéletesen simára. Tömegük egyenként 20 kg, tartószerkezetükkel együtt pedig 40 kg.

Fotó: NASA/Chris Gunn

A főtükör egyik hatszögletű szegmense. Fotó: Axsys Technologies

Másodlagos tükör

Átmérője 0,74 méter, és a főtükör által begyűjtött fényt továbbítja a tudományos műszermodulba és az eszközökbe.

A másodlagos tükör egyik végső vizsgálata. Fotó: NASA

A két tükröt egy nagy szilárdságú szerkezet tartja majd, amire a hátsó optikai alrendszert is felerősítették. Ez az alrendszer egy harmadlagos kis tükröt is tartalmaz, illetve a precíziós pozícionáláshoz szükséges irányítóeszközök is itt találhatóak.

A James Webb űrtávcső felépítése tehát igencsak bonyolult, és már ezért is nagy várakozás előzi meg a felbocsátását, nem beszélve a tudományos felfedezésekről, amiket a következő években végezhet. Mivel olyan területen fog dolgozni, ahová nem tud szervizküldetés indulni, minden lényeges rendszert és alkatrészt duplán bebiztosítottak a mérnökök. Reméljük, hogy mind az indítás, mind pedig a tudományos munkára való felkészülési folyamat is rendben lezajlik majd, és rengeteg új ismeretre és információra tehetünk szert a teleszkópnak köszönhetően.

A bemutató sorozat további részei:

  • A James Webb űrtávcső története
  • A James Webb űrtávcső útja a felbocsátástól az első képekig 1. rész- megjelenés december 22-én
  • A James Webb űrtávcső útja a felbocsátástól az első képekig 2. rész - megjelenés december 23-án
  • A James Webb űrtávcső tudományos munkája és ehhez használt műszerei - megjelenés december 24-én
  • A JWST építése képekben

Elkötelezettek vagyunk, hogy tevékenységünk reklámoktól mentes maradjon és kizárólag közösségi finanszírozásból működhessünk. Ha tetszik a munkánk, akkor azt kifejezheted egy megosztással, illetve ha van módod, anyagilag is hozzájárulhatsz az oldal működéséhez, ezt a "Támogatás" gomb megnyomásával teheted meg.



"A James Webb űrtávcső felépítése és főbb technikai adatai" bejegyzés hozzászólásai (0 db)

Jelenleg még senki nem szólt hozzá a témához! Légy Te az első!

Hozzászólás írása +