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隔振台应用:隔振台促使太空望远镜优化图像清晰度

作者:维尔克斯  时间:2023-5-17 11:41:23


总结:

罗马太空望远镜(Roman)通过各种技术直接对类地系外行星进行成像和定性,能够探测数百个宇宙物体。Roman有一个关键附件是日冕仪,主要用来用来遮挡恒星的直射光,从而可以看到附近的物体,防止这些暗物质隐藏在恒星明亮的眩光中。最后,Minus K隔震台中的SM-1隔振台在这个项目中起到的主要作用是减小震动带来的影响,提升各个设备仪器的工作状态。



南希-格雷斯-罗曼太空望远镜(The Nancy Grace Roman Space Telescope),原名为广域红外勘测望远镜(the Wide Field Infrared Survey TelescopeWFIRST),是美国宇航局目前正在开发的一个太空观测站,计划不晚于20275月发射到太空。

罗马太空望远镜(广域红外勘测望远镜(WFIRST))拥有两台仪器:一台是广域仪(the Wide Field InstrumentWFI ),强调研究宇宙的演化并了解太阳系以外的星系是什么样子;另外一台是日冕仪(the Coronagraph Instrument),用来推进空间极高对比度成像和光谱学技术。

1998年,科学家发现宇宙的膨胀正在加速,这促使他们重新考虑宇宙形成的模型。可见物质仅占宇宙内容的5%左右,宇宙中将近27%的物质是以暗物质的形式存在的,它不发光也不吸收光。暗物质只能通过美国宇航局的罗马太空望远镜(Roman)对可见物质的引力效应才能被探测到。Roman任务的很大一部分是致力于监测数十万个遥远星系的超新星爆炸(supernova explosions),这些超新星爆炸可用于研究暗能量和宇宙膨胀。

Roman的主要仪器是广域仪(WFI ),它的视野将比哈勃的最宽曝光量大100倍,它将以更少的观测时间捕获更多的天空。在头五年的观测中,Roman的成像量将是哈勃30年来所覆盖的天空的50倍以上。在整个任务期间,WFI将测量来自10亿个星系的光线。



测试关键组件:

美国宇航局JPL的高对比度成像测试台(HCIT)设施是一个大型光学实验室,在真空室内设有三个光学测试台,主要用于推进太空日冕技术。

Roman试验台是一个直径6英尺的真空室,有7.5英尺的圆柱形部分,如果算上端盖门的向外凸起,可以容纳长达8英尺的桌子。另外,电源线、数据线、水管和光纤通过侧壁的端口输送,有两个端口被摄像机脐带占用,用来连接工作台安装的摄像机外壳和实验室空气,这允许使用缺乏真空兼容性的Andor Neos CMOS摄像机作为室内的科学检测器。这些支腿具有手动调整范围,允许它们返回以考虑硬件修改后工作台上重量分布的变化。

该测试台配备了大量温度传感器和一些加速度计,并计划在未来配备污染监测器。使用简单的控制系统,腔室壁温度保持在±0.1K以内。更复杂的控制用于将可变形镜(DM)的温度稳定到mK水平。

Roman中,工作台和光学望远镜组件(OTA)子工作台位于独立的PI热控制回路上,在正常条件下,这些回路将平均工作台温度稳定在30mK P-V。腔室本身通过带有加热器胶带绝缘层的PID回路控制在实验室环境以上的设定点,并且可以稳定到50mK P-V。所有光学支架均由殷钢(invar)加工而成,在柔性铰链安装座内具有光学键合,以最大程度地减少残余热波动对系统的影响。桌子上的主要热源是两个摄像头和DM电子设备,所有热源都由一对外部水冷回路来冷却。


副台上的望远镜模拟器以运动学方式安装在工作台的西北角,并模拟望远镜的前端。这包括一个抖动镜(JM),以可控的方式将尖端/倾斜误差注入日冕仪,以及一个用于光学望远镜组件的模拟器,该模拟器定义了上游瞳孔并提供未准直的光。

十年巡天测试台(Decadal Survey TestbedDST)是一个最新的、先进的测试平台,旨在展示Roman任务所需的日冕仪技术,该任务将直接对类地系外行星进行成像和定性,其中包括恒星源模拟器,两个用于波前控制的可变形镜(DM),日冕仪掩模,波前传感器和成像相机。DST的光学机械设计将来自实验室和当地环境的干扰降到最低。

在其基础上,DST包括一个碳纤维光学台,对热波动高度稳定。它还包括主动温度控制,以及Minus KSM-1CV负刚度隔振器,负刚度隔振器是由Minus K科技公司开发的,这些Minus K隔震台结构紧凑,不需要电力或压缩空气,这使得敏感仪器可以被放置在生产设施或实验室需要的任何地方。Minus K隔震台在多个方向上都能实现高水平的隔震。在这里,SM-1隔振台是为真空室内部使用而定制的,主要是用来减少对微震和实验室振动的敏感性。

罗马太空望远镜(Roman)将每15分钟监测数亿颗恒星,持续数月——这是其他太空望远镜无法做到的。它将探测数百个有趣的宇宙物体,包括矮行星,流氓行星,褐矮星(太大而不能被描述为行星,但质量不足以点燃恒星),彗星,小行星和恒星尸体,包括中子星和黑洞,当恒星耗尽太阳系内的燃料时会留下这些物体。



遮阳星光(Shading Starlight):

发现有大气层的类地行星主要归功于阻挡望远镜星光的能力。虽然这听起来像是很不可思议的,但自从1931年法国天文学家Bernard Lyot介绍了第一台日冕仪以来,这项工作就一直在进行。日冕仪是望远镜的附件,用来遮挡恒星的直射光,从而可以看到附近的物体,否则这些物体会隐藏在恒星明亮的眩光中。

罗马太空望远镜(Roman)包括一个日冕仪,这是一个多层并高度复杂的技术,由一个掩膜,棱镜,探测器和两个自弯曲镜(可变形镜)组成。这些镜子是主动组件,实时改变它们的形状以适应入射光,从而补偿望远镜光学系统和天文台振动的微小变化。这些反射镜与高科技“掩模”和其他组件(统称为“主动波前控制”)一起,消除了光波在日冕仪挡光元件边缘弯曲造成的干扰。最终结果是:星光变得很暗,而微弱发光的物体(以前看不见的)看起来不会很暗。





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