Продолжается охлаждение прибора среднего инфракрасного диапазона телескопа Джеймс Уэбб
Прибор среднего инфракрасного диапазона (MIRI) и другие приборы телескопа Джеймс Уэбб охлаждались, излучая свою тепловую энергию в космос в течение большей части последних трех месяцев. Приборы ближнего инфракрасного диапазона будут работать при температуре от 34 до 39 градусов Кельвина, охлаждаясь пассивно. Но детекторам MIRI нужно будет стать еще намного холоднее, чтобы иметь возможность обнаруживать фотоны с большей длиной волны. Вот тут-то и пригодится криохолодильник MIRI.
В течение последних двух недель в криоохладителе циркулировал холодный газообразный гелий возле MIRI, что поможет охладить его примерно до температуры 15 кельвинов.
Вскоре криоохладителю предстоит пережить самые сложные дни своей миссии. Приводя в действие криогенные клапаны, криоохладитель перенаправляет циркулирующий газообразный гелий и пропускает его через ограничение потока.
Поскольку газ расширяется при выходе из ограничения, он становится холоднее и затем может привести детекторы MIRI к их низкой рабочей температуре ниже 7 Кельвинов. Но сначала криоохладитель должен пройти «критическую точку» – переход через диапазон температур около 15 Кельвинов, когда способность криоохладителя отводить тепло находится на самом низком уровне.
Несколько критически важных по времени операций с клапанами и компрессорами будут выполняться в быстрой последовательности, скорректированной в соответствии с измерениями температуры и расхода криоохладителя MIRI. Что особенно сложно, так это то, что после перенаправления потока охлаждающая способность улучшается по мере снижения температуры. С другой стороны, если охлаждение не достигается немедленно из-за, например, больших, чем смоделированные тепловые нагрузки, MIRI начнет нагреваться.
Как только криоохладитель преодолеет оставшиеся тепловые нагрузки, он перейдет в режим устойчивой научной работы с меньшей мощностью на оставшуюся часть миссии.
Это событие в критической точке широко практиковалось на испытательном стенде криоохладителя в Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL), которая управляет криоохладителем MIRI, а также во время испытаний телескопа в Центре космических полетов Годдарда и Космическом центре Джонсона.
Выполнение его на орбите будет поддерживаться оперативной группой, состоящей из персонала JPL, Goddard и Научного института Космического телескопа. Криоохладитель MIRI был разработан компанией Northrop Grumman Space Systems.
MIRI выделяется среди других приборов Уэбба, потому что он работает на гораздо более длинных инфракрасных длинах волн, по сравнению с другими приборами, которые все начинаются с буквы «N» для обозначения «ближнего инфракрасного диапазона’.
MIRI будет поддерживать набор инструментов для исследования инфракрасной вселенной с глубиной и детализацией, которые намного превосходят все, что было доступно астрономам на сегодняшний день.
Зачем нужна такая холодная температура?
Современные светочувствительные детекторы MIRI, настроенные для работы в среднем инфракрасном диапазоне, слепы, если они не охлаждаются ниже 7 кельвинов (-266 градусов по Цельсию).
Для сравнения, стандартный бытовой морозильник охлаждает свое содержимое примерно до 255 кельвинов (-18 градусов по Цельсию).
При более высоких температурах любой сигнал, который может быть обнаружен, теряется под сигналом от его собственного внутреннего «темного тока». Даже если детекторы будут охлаждены, изображения Уэбба все равно будут поглощены тепловым инфракрасным излучением, излучаемым собственными зеркалами MIRI и алюминиевой конструкцией, если они станут теплее 15 кельвинов (-258 градусов по Цельсию).
Инженерное решение состояло в том, чтобы отделить MIRI от конструкции крепления прибора за основным зеркалом Уэбба в виде высокотехнологичного металлического паука на шести ножках из углеродного волокна. Они изолируют MIRI от гораздо более горячего телескопа (где температуры 45 кельвинов, или -228 градусов по Цельсию, квалифицируются как более горячие).
Корпус прибора также покрыт блестящим термоодеялом с алюминиевым покрытием, которое отражает излучаемое окружающим его теплом.