

詹姆斯·韦伯太空望远镜的美国宇航局工程师正在从头开始做很多事情——他们不得不设计新的镜子和一个可折叠的太空“睡袋”,但他们最新的工作可能最为突出:为了在太空最寒冷的区域生存,他们发明了一种全新的复合材料。他们给它起了个绰号“unobtanium”(不可思得)。
韦伯望远镜的核心是汽车大小的集成科学仪器模块(ISIM),它将容纳望远镜的所有仪器,并紧密地打包在一起。望远镜的高精度光学器件需要稳定性,因此其底盘必须足够坚固,以避免在距离地球一百万英里的极端深度冷冻中发生变形。但它也必须足够坚固,能够承受发射的压力。
工程师们翻阅了科学文献,试图找到一种能够满足这些标准的材料,但一无所获。他们决定必须自己动手,于是他们利用数学模型来测量几种成分。最后,他们找到了两种复合材料,可以产生一种称为碳纤维/氰酸酯树脂的体系。
这对于制造底盘的 3 英寸管非常理想,但工程师们仍然需要弄清楚如何将它们组装起来——ISIM 约有 900 个组件。最终,他们使用了几种方法,包括镍合金配件、夹子和用他们自己发明的粘合剂连接的特殊复合材料板。
在制造完所有这些之后,他们不得不弄清楚如何进行测试,因为戈达德太空飞行中心的三层楼高的太空环境模拟器还不够冷。
在 2014 年的某个时候发射后,韦伯望远镜将在一个拉格朗日点冷却下来。拉格朗日点是太空中一个特殊的点,地球和月球的引力场在此处达到平衡,使得卫星可以稳定地停留在两者之间。望远镜的仪器将受到一个巨大的太空遮阳伞的保护,免受阳光直射,其仪器将暴露在约 39 开尔文(-389.5 华氏度)的日常温度下。模拟器只能达到约 100 开尔文,这足以测试大多数其他太空设备。
但为了确保桁架不会破裂,该团队希望将其冷却到 27 开尔文,这大致相当于冥王星表面的温度。因此,他们建造了一个类似金枪鱼罐头的罩子,并将其插入腔体。一旦从测试腔中抽空空气,他们就会将氦气泵入罩子中,将桁架冷却到 27 开尔文。
在为期 26 天的测试中,它没有破裂。正如数学模型所示,当温度达到 27 开尔文时,它缩小了 170 微米——大约相当于一根针的宽度。美国宇航局的翘曲极限是 500 微米,因此这种超级材料证明了它的价值。
ISIM 主机械工程师 Jim Pontius 表示“毫不费力”。
“技术挑战吸引了人们参与该项目,”他说。