韋伯太空望遠鏡簡介│王尊平

韋伯太空望遠鏡簡介│王尊平

2021年12月25日,由歐洲、加拿大、美國合作研發、耗資100億美元、研發時程超過30年的詹姆斯韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope,以下稱韋伯望遠鏡),終於在歐洲太空總署的法屬圭亞那庫魯太空中心,由亞利安五型運載火箭發射升空。韋伯望遠鏡進入地球軌道後,隨即展開遮陽帆(罩)和主副鏡片,並由自身動力前往第二拉格朗日點(L2)部署。日前美國太空總署(NASA)確認,韋伯望遠鏡已完成展開作業,預計2022年6月傳回首批照片。

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亞利安五型運載火箭

本次發射任務的主角-亞利安五型運載火箭 (Ariane V),推進性能強大。但由於該型火箭的服役時間稍久,再發射5次後便將除役。過去,韋伯望遠鏡曾有攜帶燃料不足的疑慮,使用壽命僅10年。

NASA甚至曾有發射無人加油太空船,協助韋伯望遠鏡添加燃料的計畫。不過,由於本次發射任務成功且精準,使韋伯望遠鏡大幅節省燃料、如期進入第二拉格朗日點(L2)部署,使用壽命增至15至20年。

韋伯望遠鏡選定第二拉格朗日點(L2)部署,可避免太陽、地球、月球等的光線干擾,並利用紅外線(IR)觀測更深遠的太空。哈伯望遠鏡則部署在低地球軌道上,屬於可見光觀測。

由於距離地球遙遠,韋伯望遠鏡無法靠人力修復。因此,萬一機械故障就是最大的問題。同時,韋伯望遠鏡的資料傳送接收,將由地面接收控制雷達天線負責。如今,韋伯望遠鏡已順利展開部署,這也象徵人類觀測太空,將進入嶄新的里程碑。

遮陽帆(罩)

韋伯望遠鏡和其他太空望遠鏡的最大不同之處,在於鏡片基座下方有5層遮陽帆(罩)。這5層遮陽帆(罩),為塗有矽和鋁的聚醯亞胺薄膜(杜邦Kapton)製成。每層遮陽帆(罩)的厚度,和人類頭髮相同。遮陽帆(罩)完全展開的面積,等同一座網球場。因此,必須先折疊收納進入運載火箭的貨艙段,發射進入地球軌道後再展開。本次遮陽帆(罩)的展開過程,也是太空史上最複雜的機構設計。

遮陽帆(罩)展開後,將有一面朝向太陽,溫度達攝氏80度,並配備太陽能板和通訊裝置;而另一面(主副鏡片)則背向太陽,溫度達攝氏零下250度。因此,兩面的溫差高達攝氏330度以上。如何控制韋伯望遠鏡的工作溫度,使其達到理想的觀測溫度,這也是太空工程界的挑戰之一。

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主副鏡片

太空溫度極低,鍍金鏡片的材質必須兼具耐低溫、穩定、高性能等優點,這也是韋伯望遠鏡的研發時程超過30年的主因。在遮陽帆(罩)完全展開後,必須先將碳纖材質製成的三角錐狀指向器就定位,主副鏡片才開始展開。韋伯望遠鏡的主鏡片,是由18個六邊形鍍金鏡片組成,展開後直徑達6.5公尺;每個六邊形鍍金鏡片內含驅動馬達,可調整角度。因此,必須先折疊收納在貨艙段,發射進入地球軌道後再展開,這也是太空工程界的挑戰之一。

韋伯望遠鏡非常巨大,必須先折疊裝載,待發射升空後再展開。展開作業非常複雜、並有高度風險,稍有失誤便成為昂貴的太空垃圾。稍早,韋伯望遠鏡的遮陽帆(罩)、主副鏡片等,已確定展開完成。後續工作包括:校準光學元件、校準科學儀器、熱機、待機等,時程長達5個月。經過相關測試後,預計今年6月傳回首批照片。

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NASA人發表聲明肯定

NASA資深工程師朱布肯(Thomas Zurbuchen)表示:「這是個太令人讚嘆的里程碑。」NASA工程師孟席爾(Mike Menzel)說:「這可能是NASA歷年來最具挑戰的部署。」NASA署長尼爾森(Bill Nelson)表示:「雖然旅程尚未完結,我和韋伯團隊稍微放鬆,想像未來會鼓舞世界的突破性進展。」

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(作者係全球新武器大觀網版主)

附加資訊

  • 作者: 王尊平
  • pages: 80
  • 標題: 韋伯太空望遠鏡簡介