James Webb Space Telescope (JWST) är det efterlängtade, efterlängtade "nästa generations" teleskopet, som vi hoppas kommer att titta längre bakåt i tiden, och djupare inom dammiga stjärnbildande regioner, med längre våglängder och mer känslighet än något tidigare rymdteleskop . För att ta oss till denna nästa nivå skulle du kunna tänka dig att nya tekniker skulle behöva utvecklas för att detta banbrytande, superstora teleskop ska byggas. Du hade rätt.
I själva verket var ingenjörer tvungna att använda lite unobtainium för att bygga det unika chassit, ryggraden som kommer att hålla rymdskeppet tillsammans.
Unobtainium är inte bara namnet på materialet som bryts i James Camerons film "Avatar". Det är ett ord som används inom teknik - och ibland fiktion - för att beskriva allt extremt sällsynt, kostsamt eller fysiskt omöjligt material eller anordning som behövs för att uppfylla en given design för en given applikation.
Chassit för JWST - kallat Integrated Science Instrument Module ISIM - är tillverkat av ett aldrig tidigare tillverkat kompositmaterial som var tvungen att tåla de superkalla temperaturer som det kommer att möta när observatoriet når sin bana 1,5 miljoner kilometer (930 000 mil) ) från jorden.
ISIM passerade just ett extremt viktigt test och överlevde temperaturer som sjönk så lågt som 27 Kelvin (-411 grader Fahrenheit), kallare än ytan på Pluto under en testcykel i Goddards Space Environment Simulator - en tre våningar kammare med termiskt vakuum som simulerar temperatur- och vakuumförhållandena som finns i rymden.
Teamet på Goddard Space Flight Center, som var ansvarig för att bygga chassit, behövde ett material som skulle säkerställa de olika instrumenten på JWST skulle upprätthålla en exakt kryogen inställning och stabilitet, men ändå överleva de extrema gravitationskrafter som upplevdes under lanseringen.
Testet gjordes för att ta reda på om bilstorleken strukturerade sig och förvrängs som förutspådd när den kyldes från rumstemperatur till det frigida - mycket viktigt eftersom de vetenskapliga instrumenten måste bibehålla en specifik plats på strukturen för att ta emot ljus samlat av teleskopets 6,5 -spegel (21,3 fot) primärspegel. Om strukturen krympt eller förvrängdes på ett oförutsägbart sätt på grund av kylan, skulle instrumenten inte längre kunna positionera för att samla in data om allt från de första lysande glödorna efter Big Bang till bildandet av stjärnsystem som kan stödja livet.
När de började första gången fanns det ingenting där som på distans passade till beskrivningen av vad som behövdes. Så det lämnade ett alternativ: att utveckla sitt eget material som ännu inte kan tillverkas, vilket teammedlemmar skämt kallade ”unobtainium.” Genom matematisk modellering upptäckte teamet att genom att kombinera två kompositmaterial skulle det kunna skapa ett kolfiber / cyanat-ester-hartssystem som skulle vara idealiskt för att tillverka strukturens fyrkantiga rör som mäter 75 mm (3 tum) i diameter.
Under det senaste 26-dagars testet, och med upprepade testcykler, sprickade inte den trussliknande enheten som konstruerats av Goddard-ingenjörerna. Strukturen krymptes som förutses av endast 170 mikron - en nålbredd - när den nådde 27 Kelvin (-411 grader Fahrenheit), vilket mycket överskred designkravet på cirka 500 mikron. "Vi skulle verkligen inte ha kunnat justera instrumenten i omloppsbana om strukturen rörde för mycket," sa ISIM Structure Project Manager Eric Johnson. "Det var därför vi behövde se till att vi hade utformat rätt struktur."
Denna typ av struktur skulle kunna tjäna NASA i framtiden för nästa generation bortom JWST, och kan också vara en "spinoff" som tillverkare kan hitta användbara vid utformning av strukturer som kräver en hög tolerans under förhållanden.
Källa: NASA Goddard
