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韦伯望远镜发射后将经历惊险30天

2021-10-16 未解之谜网

年初毅力号(Perseverance)探测器登陆火星那7分钟的着陆过程像动作片那样快节奏、扣人心弦;而年底即将发射的詹姆斯•韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)却会像演播慢镜头一样,在30天的时间里一边飞行,一边像变形金刚那样完成40多个惊险刺激的动作,最后抵达目的地开始工作。

詹姆斯•韦伯太空望远镜前往L2拉格朗日点的路径示意图。(NASA)

詹姆斯•韦伯太空望远镜是将接替哈勃望远镜的新一代设备,经过二十多年的筹备、制造,又遇到多次挫折不得不一再延期,现在终于要发射了。

美国宇航局(NASA)介绍说,韦伯望远镜发射升空后,才是长达至少30天的艰难行程的开始:不仅要独自旅行150万公里抵达L2拉格朗日点,还要一路精确地完成各种高难度慢动作。

这包括要开启几百个开关,包括松开线缆、卡住特定的关节连接、激活各种电子系统……这么多工作都要恰到好处地逐一衔接,才能保证望远镜抵达既定轨道后开始工作。到时候地面的工作人员要跟着揪心30天,经历30多个不眠之夜。

发射以及搭乘26分钟便车

第一步是从制作地点加利福尼亚运往发射地点。韦伯望远镜被整整齐齐地折叠好装在一个巨大的箱子里面。这个箱子重达7.6吨,长达33.5米。

这个箱子搭乘卡车、驳船,历经16天、2,400公里的长途,终于在10月12日运达位于欧洲太空局(ESA)的法属圭亚那(French Guiana)发射中心。发射日期定于12月18日。

升空后,亚利安5号(Ariane 5)运载火箭将先送它一程,为其提供最初大约26分钟的动力,推动它飞行大约1万零400公里。之后二级火箭也脱落,从此开始,韦伯望远镜彻底与亚利安5号火箭分离,踏上独自的行程。

打开太阳能板

此时,韦伯望远镜开始第一个动作:必须自行打开所有的太阳能板。项目负责人斯蒂亚维利(Massimo Stiavelli)说:“这非常重要,因为我们需要能量。不过,这只是抵达L2目的地之前要完成的一系列复杂动作中的第一步。”

决定成败的一次点火

斯蒂亚维利说,接下来的第二步是最让他牵挂的:开启韦伯望远镜的推进器,提供推力把它调离地球轨道,朝向L2目标轨道飞行。这个动作大约在发射12.5小时后进行。“这是整个任务过程中最关键的一次点火。”

美国大学天文研究协会(AURA)副主席哈梅尔(Heidi Hammel)说:“如果这个时候推进器不能正常点燃,这个项目就完了。”

一般的人造物体发射升空后自然地进入绕行地球的轨道,但是韦伯望远镜要去的目的地是位于地球和太阳之间的L2拉格朗日点。项目组决定让它发射后直接飞向目的地,所以此时需要推力助其转向。

地球和月球之间、地球和太阳之间分别各有五个拉格朗日点(科学家分别用L1、L2、L3、L4和L5表示)。韦伯望远镜的目标地点是地球和太阳之间的L2拉格朗日点。在这个位置上,它很轻松地就能与邻近天体的相对位置保持不变,不用频繁修正它的位置。

打开天线

接着,韦伯望远镜要进行下一个重要动作:打开高增益天线。这是负责望远镜和地球之间通讯的重要部件。

在韦伯望远镜启程的第一周内,还要进行第二次路线调整,之后要像“变形金刚”一样完成形态变幻,比如打开遮阳板、逐一展开巨大的副镜和主镜等。

打开“网球场那么大”的遮阳板

光是打开遮阳板,望远镜就需要近200个执行器合作、释放150多个机关才能完成。这个遮阳板有一个网球场那么大。项目组设计这套变幻动作在3天内完成。

NASA介绍,这个遮阳板由近7,000个部件组成、包含400个滑轮、大量的线缆和8个驱动马达。遮阳板也是韦伯望远镜一个关键的部件,挡住来自太阳、地球和月球的各类光线,让望远镜维持在一个恒定的低温,才能准确读取观测数据。

组装6.5米宽的镜面

发射后第二周,韦伯望远镜要开始组装镜面。它将先打开副镜,再打开主镜。主镜由18k镀金铍材料制成,直径达6.5米,将先展开侧翼。之后132个小执行器一起推、拉镜面的各个部分进行组装。组装精确度将达到微米级别。

六个月后才能开始工作

韦伯望远镜发射后最初30天行程安排最紧张,其实一共要经历长达六个月的时间,才能完成所有的配置、完成所有设备的校正。只有到那时,科学家才能接收到来自韦伯望远镜视界里面的第一缕星光。

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