De James Webb Space Telescope (JWST) is de langverwachte, langverwachte "volgende generatie" telescoop, waarvan we hopen dat we verder terug in de tijd zullen kijken, en dieper in stoffige stervormingsgebieden, met langere golflengten en meer gevoeligheid dan welke eerdere ruimtetelescoop . Om ons naar dit volgende niveau te brengen, zou je een beetje denken dat er nieuwe technologieën moeten worden ontwikkeld om deze baanbrekende, supergrote telescoop te bouwen. Je zou gelijk hebben.
In feite moesten ingenieurs een beetje unobtainium gebruiken om het unieke chassis te bouwen, de ruggengraat die het ruimtevaartuig bij elkaar zal houden.
Unobtainium is niet alleen de naam van het materiaal dat in James Camerons film 'Avatar' wordt gewonnen. Het is een woord dat in engineering - en soms fictie - wordt gebruikt om elk uiterst zeldzaam, kostbaar of fysiek onmogelijk materiaal of apparaat te beschrijven dat nodig is om een bepaald ontwerp voor een bepaalde toepassing te vervullen.
Het chassis voor JWST - de Integrated Science Instrument Module ISIM genoemd - is gemaakt van een nooit eerder vervaardigd composietmateriaal dat bestand moest zijn tegen de superkoude temperaturen die het zal tegenkomen wanneer het observatorium zijn baan van 1,5 miljoen kilometer (930.000 mijl) bereikt. ) van aarde.
De ISIM heeft zojuist een uiterst belangrijke test doorstaan, temperaturen overleefd die zo laag als 27 Kelvin (-411 graden Fahrenheit) zijn gedaald, kouder dan het oppervlak van Pluto tijdens een testcyclus in Goddard's Space Environment Simulator - een thermische vacuümkamer met drie verdiepingen die de temperatuur- en vacuümomstandigheden in de ruimte simuleert.
Het team van het Goddard Space Flight Center dat belast was met het bouwen van het chassis had een materiaal nodig dat ervoor zou zorgen dat de verschillende instrumenten op JWST een nauwkeurige cryogene uitlijning en stabiliteit zouden behouden, maar toch de extreme zwaartekrachten zouden overleven die tijdens de lancering werden ervaren.
De test werd uitgevoerd om erachter te komen of de structuur van de auto samentrok en vervormde zoals voorspeld toen deze afkoelde van kamertemperatuur tot de koelkast - erg belangrijk omdat de wetenschappelijke instrumenten een specifieke locatie op de structuur moeten behouden om licht opgevangen door de telescoop te ontvangen 6.5 -meter (21,3 voet) primaire spiegel. Als de structuur door de kou op een onvoorspelbare manier zou zijn gekrompen of vervormd, zouden de instrumenten niet langer in staat zijn om gegevens te verzamelen over alles, van de eerste lichtgevende gloed na de oerknal tot de vorming van sterrenstelsels die het leven kunnen ondersteunen.
Toen ze voor het eerst begonnen, was er niets dat op afstand paste bij de beschrijving van wat nodig was. Dat liet dus één alternatief over: het ontwikkelen van hun eigen nog te vervaardigen materiaal, dat teamleden voor de grap 'unobtainium' noemden. Door wiskundige modellering ontdekte het team dat het door het combineren van twee composietmaterialen een koolstofvezel / cyanaatester-harssysteem kon creëren dat ideaal zou zijn voor het fabriceren van vierkante buizen van de structuur met een diameter van 75 mm (3 inch).
Tijdens de recente 26-daagse test, en met herhaalde testcycli, brak de truss-achtige assemblage ontworpen door Goddard-ingenieurs niet. De structuur kromp zoals voorspeld door slechts 170 micron - de breedte van een naald - wanneer het 27 Kelvin (-411 graden Fahrenheit) bereikte, wat ruimschoots de ontwerpvereiste van ongeveer 500 micron overschreed. "We hadden de instrumenten zeker niet in een baan om de aarde kunnen brengen als de structuur te veel was verplaatst", zegt ISIM Structure Project Manager Eric Johnson. "Daarom moesten we ervoor zorgen dat we de juiste structuur hadden ontworpen."
Dit type structuur zou NASA in de toekomst kunnen dienen voor de volgende generatie na JWST, en zou ook een "spin-off" kunnen zijn die fabrikanten nuttig zouden kunnen vinden bij het ontwerpen van structuren die een hoge tolerantie in omstandigheden vereisen.
Bron: NASA Goddard
