العنصر البصري للتلسكوب والواقية الشمسية وحافلة المركبة الفضائية

العنصر البصري للتلسكوب (OTE)

العنصر البصري للتلسكوب هو عين تلسكوب جيمس ويب الفضائي. يجمع هذا العنصر الضوء القادم من الفضاء ويُقدمه إلى الأجهزة العلمية. يحتاج ويب إلى مرآة كبيرة من أجل جمع أكبر كميةٍ ممكنة من الضوء لرؤية المجرات المُتشكلة في المراحل المبكرة من عمر الكون. قدّر علماء ويب ومهندسيه أنهم بحاجة إلى مرآة رئيسية بقطر يصل إلى 6.5 متر (21.3 قدم) حتى يتمكنوا من سبر الضوء القادم من تلك المجرات.

يمتلك OTE مكونَين أساسيين: مرآة التوجيه الدقيق (FSM)، وأجزاء هيكلية لوصل كل الأجزاء معًا ودعمها. تتضمن الأجزاء الهيكلية بنية دعم المرآة الثانوية (SMSS) ولوحة التجميع للمرآة الرئيسية.

 

المرآة الثالثة الموجودة في OTE ومرآة التوجيه الدقيق موجودتين داخل نظامٍ فرعي لـ OTE، المعروف بالنظام البصري الفرعي الخلفي. بالإضافة إلى قيام لوحة الدعم بوصل أجزاء OTE معًا، فهي ستكون موجودة في المكان الذي سيُركب فيه الجهاز العلمي "وحدة الأجهزة العلمية المتكاملة'' (ISIM). ويُوضح الفيديو التالي كيف يُمكن طي أجزاء ويب لتُناسب مركبة الإطلاق:

 

 

• المزيد عن المرآة الرئيسية لتلسكوب جيمس ويب الفضائي

لا يُوجد صاروخ كبير بشكلٍ كافٍ لحمل مرآة بقطر 6.5 متر إذا كانت على شكل قطعة واحدة فقط. لذلك، قرر فريق ويب بناء المرآة الرئيسية باستخدام 18 جزءٍ مسدس الشكل، ويُمكن طي هذه الأجزاء في مركبة الإقلاع وبعد ذلك فردها عند الوصول إلى المدار.

 

تعمل جميع الأجزاء معًا لتُكون مرآة واحد كبيرة، وقُسمت هذه المرآة إلى ثلاث مجموعات تتكون كلٌ منها من ست مرايا، وتختلف أشكالها قليلاً عن بعضها. كذلك، قد تمَّ تطوير نظام يُعرف باستشعار جبهة الموجة والتحكم (Wavefront Sensing & Control). وتوضح الصورة التالية موقع المرايا المختلفة داخل المرآة الرئيسية.

 

بالإضافة إلى جعل المرايا صغيرة بشكلٍ كافٍ لتُناسب الصاروخ، قام الفريق بجعلها خفيفة أيضًا حتى ينجح الإقلاع. فلو تم تضخيم مرآة هابل لتصير بحجم مرآة ويب، ستكون ثقيلةً جدًا ولن تتمكن مركبة الإقلاع من حملها إلى المدار. فكان على فريق ويب إيجاد طرق جديدة لبناء المرآة بحيث تكون خفيفة كفايةً.

 

• حافلة المركبة الفضائية

تُقدم حافلة المركبة الفضائية الدعمَ اللازم لوظائف عمليات مرصد ويب. وتُشاهد في اليسار صورة توضيحية للحافلة.

تتألف الحافلة من ستة أنظمة فرعية رئيسية:

• نظام الطاقة الكهربائية الفرعي.
• النظام الفرعي للتحكم بالارتفاع.
• النظام الفرعي للاتصالات.
• النظام الفرعي لمعالجة البيانات والأوامر.
• النظام الفرعي للدفع.
• النظام الفرعي للتحكم الحراري.

 

يُحول نظام الطاقة الكهربائية الفرعي ضوءَ الشمس المُشع على الخلايا الشمسية إلى طاقةٍ لازمة لتشغيل الأنظمة الفرعية الموجودة في الحافلة، بالإضافة إلى الحمولة العلمية.

يقوم النظام الفرعي للتحكم بالارتفاع باستشعار توجه المرصد، والحفاظ على المرصد مستقراً على مداره، ويُقدم التوجيه التقريبي للمرصد نحو منطقة من السماء تُريد الأجهزة العلمية القيام برصدها.

نظام التحكم بالبيانات والأوامر (C&DH) هو دماغ حافلة المركبة الفضائية. يمتلك هذا النظام حاسوبًا، ومعالجَ أوامرٍ عن بُعد (CTP)، ويقوم هذا الأخير بأخذ الأوامر من نظام الاتصالات وتوجيهها إلى المُستقْبل المناسب. لدى C&DH جهاز تخزين للبيانات الخاصة بالمرصد، ومسجل للحالة الصلبة (SSR). وسيتحكم (CTP) بالتفاعل الحاصل بين الأجهزة العلمية وSSR ونظام الاتصالات.

يحتوي نظام الدفع خزانات الوقود، والصواريخ التي يتم تشغيلها للحفاظ على التلسكوب في مداره عندما يُوجَّه من قبل نظام التحكم بالارتفاع. يُحافظ النظام الفرعي للتحكم بالحرارة على درجة الحرارة العاملة في حافلة المركبة الفضائية. ويُمكنك في الأسفل مشاهدة صور أخرى للحافلة.

وفي الأسفل مجموعة من الصور لمساقط مختلفة للحافلة: 

• الواقية الشمسية

يهيمن على المرصد بصرياً النظام الفرعي للواقية الشمسية، والتي تقسم المرصد إلى وجه دافئ مقابل للشمس ووجه آخر بارد. سيرصد تلسكوب ويب الفضائي بشكل أساسي الأشعة الضوئية تحت الحمراء من الأجسام البعيدة الباهتة، ولكن كل الأجسام بما فيها التلسكوبات تعمل على بعثرة الأشعة تحت الحمراء على شكل طاقة حرارية، ولتجنب إغراق الإشارات الفلكية الباهتة جداً بالإشعاع الصادر عن التلسكوب، فقد تم تجهيز التلسكوب وأجهزته ليكونوا باردين جداً.

سيتم توجيه المرصد بحيث يكون كل من الشمس والأرض والقمر في جهة واحدة دائماً بالنسبة للمرصد، لتعمل الواقية الشمسية عمل مظلّة بحيث تُبقي عنصر التلسكوب البصري (Optical Telescope Element) ووحدة الأداة العلمية المتكاملة (ISIM) معتدلين حرارياً من خلال وضعهم في الظل وحمايتهم من حرارة الشمس ودفئ الكترونيات المركبة الفضائية الخاصة بالتراسل.

 

ستسمح الواقية الشمسية بتخفيض درجة حرارة التلسكوب إلى ما دون الـ 50 كلفن (أي ما يعادل -370 فهرنهايت أو -223 درجة مئوية) من خلال إشعاع حرارته بشكل سلبي في الفضاء.

 

والأدوات العاملة بالقرب من مجال الأشعة تحت الحمراء (NIRCam، NIRSpec، FGS/NIRISS) ستعمل عند الدرجة 39 كلفن تقريباً (-389 فهرنهايت، -234 درجة مئوية) من خلال نظام تبريد سلبي، أما الأدوات العاملة في منتصف مجال الأشعة تحت الحمراء (MIRI) ستعمل عند الدرجة 7 كلفن (-447 فهرنهايت، -266 درجة مئوية) باستخدام مُبرّد من الهليوم أو باستخدام نظام تبريد شديد.

 

بالإضافة لكونها تقوم بتوفير بيئة باردة، تسمح الواقية الشمسية بتشكيل بيئة مستقرة حرارياً، الأمر الذي يحافظ أساساً على الاصطفاف المناسب لقطاعات المرآة الأساسية بينما يغير التلسكوب من اتجاهه بالنسبة للشمس. عندما يتم نشرها بشكل كامل ستكون الواقية الشمسية بحجم ملعب تنس نظامي تقريباً.

 

لماذا تملك الواقية الشمسية خمس طبقات بدلاً من واحدة سميكة؟ كل طبقة من طبقات الواقية الشمسية تعمل على تبريد درجة الحرارة أكثر من الطبقة أسفلها، وسيتم إشعاع الحرارة إلى الخارج من بين الطبقات، ويُشكّل الفراغ بين الطبقات عازل جيد جداً، وستعمل طبقة واقية سميكة على نقل الحرارة من الأسفل إلى الأعلى بشكل أكبر من الطبقات الخمسة المنفصلة عن بعضها البعض بواسطة الفراغ.

هنا صورة لوحدة هندسية أخرى خاصة بنظام الواقية الشمسية تدعى Pathfinder المستكشف.

ونشاهد في الفيديو التالي اختبارات نشر الواقية الشمسية: 

المصدر: ناسا

---

ترجمة: مازن قنجراوي وهمام بيطار

التدقيق اللغوي: إيمان العماري