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        PI六自由度平臺精密定位各個JWST鏡段

        時間:2022-08-21 23:01 點擊次數:
         
        詹姆斯·韋伯太空望遠鏡:采用PI技術進行組裝和校準
         
                 2021年12月25日,終于到了阿麗亞娜5重型運載火箭將詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)送入太空的時候了。經過30天的飛行,哈勃太空望遠鏡的繼任者到達了距離地球150萬公里的所謂拉格朗日點的目的地。從此以后,這架望遠鏡將與地球同步繞太陽運行。借助反射鏡和探測器,JWST可以追溯到更遙遠的過去,即回到宇宙的初期。
         
                 為此,這架望遠鏡使用從可見光的紅色部分(0.6微米)到中紅外線(28微米)的輻射線。其任務是探索宇宙的起源,自7月11日以來,JWST一直在發送來自太空深處的令人著迷的圖像。在造價數十億美元的JWST組裝過程中,PI技術多次在危急關頭鼎力相助。
        PI六自由度平臺
        用于精密定位主鏡段的六自由度平臺
         
                  JWST的輕質、可伸縮主鏡或主反射鏡在一個旋轉表面上分為18個六角形部分,其直徑超過6.5米。在完全展開的運行狀態下,這面主鏡幾乎與網球場一樣大。“為了將各鏡段組合起來從而起到單個反射鏡的作用,必須將其安放在彼此相距數毫米的范圍內,精度達到幾分之一毫米。人工操作員無法如此精密地安放反射鏡,因此我們開發了一個機器人系統來進行組裝,”位于華盛頓總部的NASA詹姆斯·韋伯太空望遠鏡項目負責人Eric Smith說道(資料來源:>> NASA)。
         
                 為了精密安裝各段,端部帶有專用PI六自由度平臺的機械臂可以在六個方向上移動。如此一來,可以利用望遠鏡結構高度精密地移動和定位各個反射鏡元件。在一個工程師團隊操縱機械臂的同時,另一個團隊使用激光進行測量,以確保在安裝下一面反射鏡之前,每個鏡段均已妥善定位、用螺栓固定并粘合到位。
        PI六自由度平臺
        PI的六自由度平臺具有100公斤的負載能力和亞微米級的分辨率,其任務是在組裝過程中精密定位各個JWST鏡段。圖像提供者:NASA – Chris Gunn
         
        冷卻期間的反射鏡測量
         
                  在冷卻到太空溫度的同時,各鏡段及其支撐結構會承受十分強大的熱應力。預先確定產生的變形并在設計過程中考慮這一點極具挑戰性。為了觀察冷卻期間各段的行為,在馬歇爾航天飛行中心的X射線和冷凍室(XRCF)進行了光波前試驗和熱結構變形試驗。定制型H-850六自由度平臺用于復雜的試驗裝置。
         
                  為了記錄反射鏡在從室溫冷卻時的變形,將特定的干涉儀安裝在六自由度平臺上。針對每個溫度目標值,六自由度平臺可以簡單且同時高精度地定位和對準干涉儀。
        PI六自由度平臺
        深入觀察冷凍室。圖像提供者:XRCF
         
        NIRSpec儀器校準
         
                JWST中集成的NIRSpec(近紅外光譜儀)儀器是波長范圍為0.6至5微米的光譜儀。它能夠同時記錄多達100個物體的光譜。在校準某個物體的同時模擬太空中的運行條件,尤其是77開氏度(-196.1攝氏度)的溫度和高真空條件。
         
                為此,使用了多個PI線性軸。通過采用一種稱為Dispal®的特種鋁,可以將軸設計為在指定的氣候條件下無差錯地運行。
         

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