造价100亿美元的韦布太空望远镜终于到达目标轨道,然后呢?( 二 )



100亿美元 , 值吗? 从正式立项开始 , 韦布的投入就一涨再涨 , 比最初报出的预算飙升了十几倍 , 涨幅甚至破了NASA的记录 , 一度引起NASA其他被砍预算的部门不满 , 也让美国国会颇有微词 。
2011年 , 美国众议院甚至在投票之后决定削减19亿经费 , 让NASA停掉这个项目 , 最终是在舆论压力下 , 才收回决定 。
韦布的预算飙升主要有两个原因:
第一 , NASA汲取了哈勃的教训 , 增加了调试的次数 , 确保万无一失 。
毕竟 , 比起哈勃 , 韦布更是无法承受任何失误 。 哈勃距离地球559 千米 , 出了问题 , 还能花3年时间送个宇航员去修 , 而部署在150万千米高空的韦布 , 一旦出现故障 , 宇航员都去不了 , 只能成为太空垃圾 。
频繁地调试 , 就需要一笔不小的开支 。
第二 , 韦布的技术难度本身就比哈勃高太多 。
和哈勃主要观测可见光不同 , 韦布主要在红外波段观察宇宙 。 这一方面让韦布可以通过波长较长的红外线绕过尘埃 , “以更近距离看到万物起源” , 另一方面也将韦布的技术难度提高了一个数量级 。
在物理学中 , 凡是高于绝对零度(即-273.15℃)的物质都可以产生红外线 。 为了过滤掉太阳这个特大红外干扰源 , 以及来自月球和望远镜本身的干扰 , 韦布需要一个巨大的遮光罩把韦布藏在阴影里 , 让它能够在低温中暗中观察 。
NASA为韦布制作的遮光罩呈菱形 , 完全展开之后 , 长径21m , 短径14m , 面积相当于一个网球场 。 这也是韦布身上最关键、最复杂的组件之一 。
遮光罩上下一共5层 , 前2层掺杂了硅的聚酰亚胺 , 在重重隔热和制冷系统作用下 , 可以在迎光面温度高达85℃的时候 , 保证背阴面稳定在零下233℃以下 , 维持望远镜的正常工作 。
与此同时 , 为了观测到2微米的红外波段 , 韦布也被造得特别大 , 是有史以来送入太空最大的天文空间望远镜 。 主镜的直径被扩充到了6.5m , 面积是哈勃主镜的6.25倍 。 这让韦布能够看到比哈勃观测极限还要暗几十倍的天体 , 在80km外看到一个乒乓球更是不在话下 。
这样的镜面要求也极高:轻便、低温下不变形、反射性强 。 最终镜面选择了铍这种金属 , 为了更好地反射红外光 , 又为它涂上了一层非常薄的金 , 这让它足以反射接收到的红外光的98% 。
而除了观测本身对部件的高制作标准 , 将韦布送到太空的需求 , 也增加了诸多技术难题 。 这么大的遮光板和镜子不能直接放进火箭里 , 只能层层折叠后塞进火箭 , 到了太空中再展开 。
其中 , 遮光罩极其纤薄 , 5层加起来只有150微米 , 不到指甲厚度的一半 。 折叠如此纤薄的网球场尺寸的遮光罩无例可循 。
为了将望远镜保持在所需工作温度 , 韦布需要将遮光罩完美折叠 , 再在发射之后将它拉成风筝的形状 , 最后将五层很薄的遮阳罩一张张绷紧 。 期间需要大约7000个零件协同工作 , 仅用到的拉伸缆绳就有90种之多 。
主镜则是由18面正六边形的小镜拼成的 , 为了使展开后的主镜精准对焦 , 每块小镜有一个单独的微调系统控制 , 系统精度需要达到5纳米 。
展开部署过程中 , 任何活动都有可能发生导致整台望远镜报销的“单点故障” 。 这种“单点故障” , 在韦布身上共有344处 。 展开部署也因此成了人们最为关注的流程 , youtube上的相关记录视频播放量都高达百万 。
1月9日 , 为期2周的展开工作结束时 , NASA的工程师们明显松了口气 , 还专门开了个现场直播的新闻发布会分享这一喜讯 。
除此之外 , 随着韦布发射计划被一年年推迟 , 每当有新的技术和检测方法出现时 , NASA也会对韦布进行相应优化 , 从镜面的直径到NGST 的结构布局均发生过不止一次改动 , 直到2012 年 , 主镜和支撑结构制造完成 , 此时口径才最终确定为 6.5 米 。
2014 年开始制造遮光罩 , 燃料仓、陀螺仪、太阳能电池板等 。 一年后 , 韦布的 18 个主镜与次镜(副镜)、支撑杆被安装在了背板上 。
2016 年 , 韦布的所有部件开始组装 , 2019 年所有科学设备集成完毕 。
2021 年初 , 望远镜通过了测试 , 并准备在 2021 年末进行发射 。
期间 , 韦布的预算也随之一步步加大 , 在观测到黑洞之前 , 提前成为NASN的“预算黑洞” , 顺便坐实“鸽王”的称号:
北京时间2021年12月25日20时15分 , 詹姆斯·韦布太空望远镜发射升空 。 这让以为它会再次延期的围观群众大失所望 , 戏称这次的准时才是真正意义上的“鸽” 。

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