Sunshield es un componente del telescopio espacial James Webb , diseñado para proteger la óptica principal del calor y la luz del sol. Esto es parte de un telescopio espacial y se extiende desplegando una gran hoja de material recubierta de metal después del lanzamiento. Este material bloquea la luz y el calor del Sol, por lo que el telescopio puede ver la tenue luz proveniente de estrellas y galaxias. El segmento de parasoles incluye las capas y sus mecanismos de despliegue, que también incluye la solapa embellecedora. [1] [2]
Las capas del parasol proporcionan una capa aislante para la óptica y ayudan a disipar el calor. El escudo tiene cinco capas y cada capa es aproximadamente del tamaño de una cancha de tenis. Cada capa es tan delgada como un cabello humano y está recubierta con aluminio para que refleje la reflectancia. El color púrpura de algunas capas proviene del material silicio , el mismo material en la mayoría de los chips de computadora, que endurece el escudo y lo ayuda a reflejar el calor. El telescopio utiliza el parasol para evitar que se caliente por la radiación infrarroja del Sol y otros objetos planetarios cercanos, que de otro modo inhibirían el funcionamiento normal de los instrumentos a bordo.
El tono púrpura-magenta del lado que da al sol de Sunshield, se origina en el revestimiento de aluminio dopado con silicio en la membrana kapton más externa. [3]
Descripción general
El parasol actúa como una gran sombrilla que permite que el espejo principal, la óptica y los instrumentos se enfríen pasivamente a 50 kelvin (−220 ° C; −370 ° F) o menos. [2] Consiste en capas de Kapton y es lo suficientemente grande como para dar sombra al espejo principal y al espejo secundario, dejando solo un instrumento, el MIRI (Mid-Infrared Instrument) , que necesita enfriamiento adicional. [2] El parasol tiene cinco capas para mitigar la conducción de calor, y las capas también tienen un recubrimiento especial para irradiar y reflejar el calor en el espacio. [2] La primera capa tiene un grosor de 0,002 pulgadas (51 μm) y las otras capas tienen un grosor de 0,001 pulgadas (25 μm). [4] El parasol en forma de cometa mide aproximadamente 22 metros por 10 metros. [5] En funcionamiento, recibirá unos 300 kilovatios de radiación solar, pero solo pasarán 23 milivatios al otro lado. [5] Es un radiador de ranura en V y provoca una caída de temperatura de 300 kelvin (300 ° C, 572 ° F) [6] de adelante hacia atrás. [5] El telescopio debe estar más frío que los objetos que intenta observar. [7] Debe estar lo suficientemente frío como para que sus emisiones infrarrojas internas sean significativamente menores que las de los objetos observados en las longitudes de onda relevantes. El parasol es una parte crítica del telescopio para lograr temperaturas lo suficientemente bajas para las sensibles observaciones infrarrojas que planea hacer. [7] La membrana del parasol es una de las tecnologías habilitadoras que permitirá que el JWST funcione. [8]
Para realizar observaciones en el espectro infrarrojo cercano y medio, el JWST debe mantenerse muy frío (por debajo de 50 K (−220 ° C; −370 ° F)), de lo contrario, la radiación infrarroja del telescopio abrumaría sus instrumentos. Por lo tanto, utiliza un parasol grande para bloquear la luz y el calor del Sol, la Tierra y la Luna, y su posición cerca del punto L 2 Tierra-Sol mantiene a los tres cuerpos en el mismo lado de la nave espacial en todo momento. [9] Su órbita de halo alrededor de L 2 evita la sombra de la Tierra y la Luna, manteniendo un entorno constante para el parasol y los paneles solares. [10] El parasol está hecho de una película de poliimida Kapton, que es estable a temperaturas muy bajas. [2]
El material del núcleo del parasol es el material Kapton recubierto con aluminio , y las dos capas más cercanas al sol también están dopadas con silicio . [2] Esto ayuda a que el material sobreviva en el espacio, irradie el exceso de calor y también está diseñado para conducir electricidad para que no se acumule una carga en las capas. [2] La capa de aluminio dopado con silicio tiene un grosor de 50 nanómetros (nm). [4] Se aplica una capa de aluminio de 100 nm de espesor en la parte delantera y trasera de las cinco capas. [4] La capa central de Kapton en la primera capa tiene un grosor adicional de 0,001 pulgadas (25 μm) y el resto tiene 0,001 pulgadas (25 μm) de grosor. [4]
Kapton se caracteriza por ser estable desde -269 a 400 grados Celsius (-452 a más 752 grados Fahrenheit). [3] Sin embargo, a largo plazo, incluso en condiciones de almacenamiento en la Tierra, Kapton puede eventualmente degradarse; Kapton utilizado en el Skylab Apollo Telescope Mount se había degradado después de 40 años. [11]
Las capas están diseñadas con Thermal Spot Bond (TSB), que ayuda a evitar que una rasgadura o un agujero aumente de tamaño en caso de que ocurra. [2] Hay un patrón de cuadrícula unido a cada capa a intervalos. [2]
Cada capa tiene una forma y un tamaño ligeramente diferentes. [2] La capa (nivel 5) es la más cercana al espejo primario y es la más pequeña. La capa más cercana al Sol se llama capa 1 y es más grande y más curva. [2] La primera capa bloquea el 90% del calor, y cada capa sucesiva bloquea más calor, que sale por los lados. [2] [7] El parasol permite que la óptica permanezca en la sombra para ángulos de inclinación de + 5 ° a −45 ° y ángulos de balanceo de + 5 ° a −5 °. [8]
El parasol está diseñado para plegarse doce veces para que quepa dentro de la cubierta de 4,57 m × 16,19 m del cohete Ariane 5 . Una vez desplegado en el punto L2, se desplegará a 21.197 m × 14.162 m . El parasol fue ensamblado a mano en ManTech (NeXolve) en Huntsville, Alabama antes de ser entregado a Northrop Grumman en Redondo Beach, California para su prueba. [12] Durante el lanzamiento, se envuelve alrededor del elemento del telescopio óptico y luego se despliega. [5] Está previsto desplegar el parasol dos días después del lanzamiento. [13]
El infrarrojo es radiación de calor. Para ver el tenue resplandor del calor infrarrojo de las estrellas y galaxias distantes, el telescopio debe estar muy frío. Si el telescopio fuera calentado por la luz solar o el cálido resplandor de la Tierra, la luz infrarroja emitida por el telescopio eclipsaría a sus objetivos y no podría ver nada.
- Científico adjunto del proyecto principal de la NASA para el telescopio Webb en Goddard, 2008 [14]
Despliegue
El componente del parasol se adhiere a la nave espacial principal, y sus brazos se expanden hacia afuera extendiendo el escudo de la cabeza y separando las capas. [15] Durante el lanzamiento, el escudo se pliega; más tarde, cuando está en el espacio, se despliega con cuidado. [15]
La estructura / dispositivos de despliegue de parasol incluyen: [16]
- brazos telescópicos
- desplegadores de tallo
- barras esparcidoras
- accionamientos por cable
Hay dos desplegadores de vástagos dentro de las plumas telescópicas. [16] Se trata de motores eléctricos especiales que, cuando se operan, extienden el brazo telescópico y extraen el parasol plegado. [16] Los brazos telescópicos se denominan MBA o conjuntos de brazo medio. [17] Al final de cada MBA hay una barra separadora.
Componentes: [17]
- Centro
- Varillaje de cuatro barras delantero y trasero
- Montaje de la estructura de popa
- Lengüeta de ajuste Momentum (la lengüeta está unida al ensamblaje de la estructura de popa)
- Barras esparcidoras en popa (capas esparcidas en la parte trasera)
- Montaje de estructura delantera
- Barras esparcidoras delanteras
- Mid-booms (uno a cada lado)
- Barras intermedias (separa las 5 capas)
- Dos conjuntos de bloqueo de lanzamiento de bípode hacia adelante y dos hacia atrás
Los conjuntos de bloqueo de lanzamiento del bípode son donde el segmento del parasol se conecta al OTE mientras se pliega durante el lanzamiento. [17]
Hay seis barras esparcidoras que se expanden para separar las capas del parasol, que tiene aproximadamente seis lados. [17]
Cuando el parasol está completamente abierto, tiene 14,6 metros de ancho y 21,1 metros de largo. [17] Cuando las capas están completamente abiertas, se abren más en los bordes, lo que ayuda a reflejar el calor. [17]
Aleta de ajuste / pestaña de ajuste de impulso
El segmento de parasoles también incluye esa solapa de moldura al final de un brazo de despliegue del parasoles. [1] Esto también se denomina pestaña de ajuste de impulso. [17] La pestaña de ajuste ayuda a equilibrar la presión solar . [1] La pestaña de ajuste también gestiona los efectos de las ruedas de reacción . [1] Las ruedas de reacción están ubicadas en el autobús de la nave espacial .
La aleta de compensación reduce la cantidad de combustible necesaria, porque la nave espacial no tiene que equilibrar la fuerza de la presión solar. [17]
Capas
La capa más cercana al espejo primario, L5, es la única con una línea de visión, mientras que la capa L5 más cercana al Sol, es la única que recibe luz solar directa. [2] La separación entre capas, en el vacío del espacio, evita la transferencia de calor por conducción y ayuda a que el calor irradie fuera del camino. [dieciséis]
El dopaje con silicio es lo que provoca la tonalidad púrpura de las áreas cubiertas con ese material. [dieciséis]
Las capas están diseñadas para que el Sol, la Tierra y la Luna brillen casi exclusivamente en la capa 1, a veces una pequeña porción de la capa 2, y en el otro lado que los elementos del telescopio solo vean la capa 5 y, a veces, una pequeña cantidad de la capa 4. [ 17]
Capas: [2]
- Área más grande [2]
- 0,05 milímetros (0,002 pulgadas)
- Recubrimiento de aluminio de 100 nm (3,93 micropulgadas) (ambos lados)
- Aluminio dopado con silicio de 50 nm (1,9 micropulgadas)
- 0,025 mm (0,001 pulgadas)
- Recubrimiento de aluminio de 100 nm (3,93 micropulgadas) (ambos lados)
- Aluminio dopado con silicio de 50 nm (1,9 micropulgadas)
- 0,025 mm (0,001 pulgadas)
- Recubrimiento de aluminio de 100 nm (3,93 micropulgadas) (ambos lados)
- 0,025 mm (0,001 pulgadas)
- Recubrimiento de aluminio de 100 nm (3,93 micropulgadas) (ambos lados)
- Área más pequeña [2]
- 0,025 mm (0,001 pulgadas)
- Recubrimiento de aluminio de 100 nm (3,93 micropulgadas) (ambos lados)
Durante el desarrollo, el material de la capa Sunshield se probó con calor, frío, radiación y micro impactos de alta velocidad. [14]
Eventos
- 2007 o antes, TRL6 logrado para la membrana Sunshield [8]
- 11 de septiembre de 2016, se completó la primera capa de Sunshield. [6]
- 2 de noviembre de 2016, se completa la capa final. [18]
- El 27 de marzo de 2018, la NASA anunció la presencia de lágrimas en el parasol, lo que contribuyó a retrasos en el lanzamiento. [19]
Ver también
- Cronología del telescopio espacial James Webb
- Skylab (también utilizó protección solar desplegada de tela / capa expansiva en la década de 1970)
- Control térmico de la nave espacial
- Misión New Worlds (también bloquea la luz solar, pero para observar exoplanetas oscurecidos por su brillante estrella madre)
- Aislamiento
- Escudo térmico
Referencias
- ^ a b c d La actualización de Webb n. ° 5 - septiembre de 2008 .
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p "El telescopio espacial James Webb" .
- ^ a b "Sunshield Coatings Webb / NASA" . jwst.nasa.gov . Consultado el 16 de septiembre de 2019 .
- ^ a b c d "El telescopio espacial James Webb" .
- ^ a b c d "Parasol" .
- ^ a b "Parasol JWST" .
- ^ a b c Ferreira, Becky (20 de octubre de 2014). "Este parasol evitará que se fríe el telescopio espacial más potente del mundo" . Vice .
- ^ a b c "2015 FRONTERAS DE INGENIERÍA DE ESTADOS UNIDOS: El telescopio espacial James Webb - Sesión: INGENIERÍA EN LA BÚSQUEDA DE EXOPLANETAS TERRESTRES Autor: Amy Lo, Northrop Grumman Aerospace Systems" .
- ^ "El telescopio espacial James Webb" . nasa.gov . Consultado el 28 de agosto de 2016 .
- ^ "Órbita L2" . Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial . Consultado el 28 de agosto de 2016 .
- ^ Willey, Scott (10 de diciembre de 2015). "Restauración de la montura del telescopio Apolo" . Museo Nacional del Aire y el Espacio . Consultado el 12 de julio de 2018 .
Cuando desempacamos el mástil en septiembre de 2014, descubrimos que después de 40 años, el Kapton®, el material brillante y arrugado que a menudo se puede ver en los satélites y, en este caso, el material negro que se puede ver en nuestras fotos, estaba en muy malas condiciones.
- ^ Morring, Jr., Frank, Sunshield, Semana de la aviación y tecnología espacial , 16 de diciembre de 2013, págs. 48–49.
- ^ "Despliegue" .
- ^ a b Gutro, Rob (12 de noviembre de 2008). "Parasol súper resistente para volar en el telescopio espacial James Webb" . NASA.
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- ^ a b c d e "Probar el pliegue: el parasol del telescopio espacial James Webb" . NASA. 3 de diciembre de 2012 . Consultado el 20 de enero de 2017 .
- ^ a b c d e f g h yo Arenberg, J .; Flynn, J .; Cohen, A .; Lynch, R .; Cooper, J. (9 de agosto de 2016). MacEwen, Howard A; Fazio, Giovanni G; Lystrup, Makenzie; Batalha, Natalie; Siegler, Nicholas; Tong, Edward C (eds.). "Estado del parasol y la nave espacial JWST" (PDF) . Sociedad de Ingenieros de Instrumentación Fotoóptica (SPIE) . Instrumentación y telescopios espaciales 2016: Onda óptica, infrarroja y milimétrica. 9904 : 990405. Código Bibliográfico : 2016SPIE.9904E..05A . doi : 10.1117 / 12.2234481 . S2CID 126299529 . Consultado el 28 de marzo de 2018 .
- ^ Sharkey, Jim (2 de noviembre de 2016). "Se completó la última capa de protección solar para el telescopio espacial James Webb de la NASA" . SpaceFlight Insider.
- ^ Lewin, Sarah (27 de marzo de 2018). "La NASA retrasa el lanzamiento del telescopio espacial James Webb hasta 2020" . Space.com . Consultado el 28 de marzo de 2018 .
enlaces externos
- Ingeniería de la sección del telescopio espacial James Webb El parasol JWST