詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡：采用PI技術(shù)進(jìn)行組裝和校準(zhǔn)

　　2021年12月25日，終于到了阿麗亞娜5重型運(yùn)載火箭將詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)送入太空的時(shí)候了。經(jīng)過30天的飛行，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的繼任者到達(dá)了距離地球150萬公里的所謂拉格朗日點(diǎn)的目的地。從此以后，這架望遠(yuǎn)鏡將與地球同步繞太陽運(yùn)行。借助反射鏡和探測(cè)器，JWST可以追溯到更遙遠(yuǎn)的過去，即回到宇宙的初期。為此，這架望遠(yuǎn)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(wù)是探索宇宙的起源，自7月11日以來，JWST一直在發(fā)送來自太空深處的令人著迷的圖像。在造價(jià)數(shù)十億美元的JWST組裝過程中，PI技術(shù)多次在危急關(guān)頭鼎力相助。

用于精密定位主鏡段的六足位移臺(tái)

　　JWST的輕質(zhì)、可伸縮主鏡或主反射鏡在一個(gè)旋轉(zhuǎn)表面上分為18個(gè)六角形部分，其直徑超過6.5米。在完全展開的運(yùn)行狀態(tài)下，這面主鏡幾乎與網(wǎng)球場(chǎng)一樣大?！盀榱藢⒏麋R段組合起來從而起到單個(gè)反射鏡的作用，必須將其安放在彼此相距數(shù)毫米的范圍內(nèi)，精度達(dá)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(fā)了一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)來進(jìn)行組裝，”位于華盛頓總部的NASA詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目負(fù)責(zé)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六足位移臺(tái)的機(jī)械臂可以在六個(gè)方向上移動(dòng)。如此一來，可以利用望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)高度精密地移動(dòng)和定位各個(gè)反射鏡元件。在一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)操縱機(jī)械臂的同時(shí)，另一個(gè)團(tuán)隊(duì)使用激光進(jìn)行測(cè)量，以確保在安裝下一面反射鏡之前，每個(gè)鏡段均已妥善定位、用螺栓固定并粘合到位。

　　PI的六足位移臺(tái)具有100公斤的負(fù)載能力和亞微米級(jí)的分辨率，其任務(wù)是在組裝過程中精密定位各個(gè)JWST鏡段。圖像提供者：NASA – Chris Gunn

冷卻期間的反射鏡測(cè)量

　　在冷卻到太空溫度的同時(shí)，各鏡段及其支撐結(jié)構(gòu)會(huì)承受十分強(qiáng)大的熱應(yīng)力。預(yù)先確定產(chǎn)生的變形并在設(shè)計(jì)過程中考慮這一點(diǎn)極具挑戰(zhàn)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(jìn)行了光波前試驗(yàn)和熱結(jié)構(gòu)變形試驗(yàn)。定制型H-850六足位移臺(tái)用于復(fù)雜的試驗(yàn)裝置。為了記錄反射鏡在從室溫冷卻時(shí)的變形，將特定的干涉儀安裝在六足位移臺(tái)上。針對(duì)每個(gè)溫度目標(biāo)值，六足位移臺(tái)可以簡單且同時(shí)高精度地定位和對(duì)準(zhǔn)干涉儀。

深入觀察冷凍室。圖像提供者：XRCF

NIRSpec儀器校準(zhǔn)

　　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(shí)記錄多達(dá)100個(gè)物體的光譜。在校準(zhǔn)某個(gè)物體的同時(shí)模擬太空中的運(yùn)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(gè)PI線性軸。通過采用一種稱為Dispal?的特種鋁，可以將軸設(shè)計(jì)為在指定的氣候條件下無差錯(cuò)地運(yùn)行。