Шлях дзеркал: Від рудника і до орбіти

З суворої глибини рудників штату Юта - в найсучасніші лабораторії - а потім і в космос. Як створюються унікальні берилієві дзеркала майбутнього орбітального телескопа James Webb.

Новий телескоп James Webb повинен відправитися в космічну подорож тільки в 2013 р., але він вже цілком освоївся з подорожами по землі. В ході підготовки, складання та полірування дзеркал він вже безліч разів перетнув північноамериканський континент.

«Щоб спостерігати найперші зірки і галактики, що з'явилися в молодому Всесвіті, розташовані в мільйонах і навіть мільярдах світлових років від нас, дзеркало телескопа має бути бездоганно гладким», - пояснює один з учасників проекту Джефф Кіглі (Jeff Kegley).

Основне дзеркало James Webb складається з 18-ти шестигранних сегментів, і всі вони повинні бути ідеально підігнані один до одного і відполіровані, щоб скластися в дзеркало діаметром 6,5 м і площею 25 кв. м. Подорожуючи зі штату в штат, з однієї лабораторії в іншу, де вони стають все більш досконалими, сегменти ці повинні бути захищені від струсів: якщо хоча б з одним з цих дзеркальних сегментів щось трапиться, багато років роботи можуть піти на марку.

«Про це ми навіть говорити уникаємо, - додає ще одна учасниця створення телескопа Хелен Коул (Helen Cole), - хоча, насправді, у нас є три запасні сегменти, так що в якомусь сенсі ми застраховані». Спробуємо ж простежити довгий і непрямий шлях дзеркал майбутнього космічного телескопа, а заодно дізнаємося трохи про те, як виготовляються подібні досконалі інструменти.

Починається історія в «мормонському» штаті Юта, в берилієвих копальнях. Берилій - один з найлегших металів; у тому числі тому він є популярним матеріалом для виготовлення дзеркал телескопів. Звідси берилієва крихта переїхала в штат Огайо, де технологи просіяли і очистили її, отримавши однорідну безпритульну масу. Така «пудра» була потім поміщена у велику і плоску сталеву банку. Ємність піддавалася впливу високих температур і тиску, щоб отримати щільну «плитку» - заготівлю дзеркала. Витягнута з банки заготовка занурювалася в кислоту, яка видаляла всі мікрочастинки сталі, які ще залишалися на ній. Заготовки розрізалися на половинки і вирушали далі, в Алабаму.

Саме тут заготовки нарізалися у формі бджолиних сот. Товщина кожного такого сегмента склала менше міліметра - трохи товщі аркуша паперу - що має зробити дзеркало якомога легшим. Нарізані заготовки переїхали до Каліфорнії, де проводилося їх найретельніше полірування з постійним тестуванням якості роботи в оптичному діапазоні і при кімнатній температурі.

Але ж зрозуміло, що сам телескоп буде працювати абсолютно в інших умовах - при вкрай низькій температурі відкритого космосу. Та й сфера його роботи - інфрачервоний діапазон спектру: можна сказати, James Webb буде ловити тепло найбільш далеких зірок і галактик. Для цього низька температура на орбіті підходить якнайкраще.

Робоча температура James Webb - мінус 238 градусів. "Такий екстремальний холод, - пояснює Гелен Коул, - неминуче призведе до того, що окремі компоненти телескопа і його дзеркала змінять форму. Так що, перш ніж відправляти його на орбіту, необхідно перевірити все в умовах низької температури ".

Для цього фрагменти майбутнього дзеркала знову повернулися в Алабаму. Тут, у знаменитому Маршаллівському центрі космічних польотів, є для цих цілей особлива кріогенна камера. Тестування в ній дозволило виявити найтонші зміни в розмірах і формі компонентів на холоді і дало інформацію для проведення додаткового полірування, яка повинна компенсувати ці зміни.

Як тільки завершилася додаткова полірування, сегменти дзеркала «обдули» парами золота, яке утворило на його поверхні найтоншу і гладку плівку. Ця плівка має високі відображення властивостей на всіх робочих діапазонах телескопа - від видимого до інфрачервоного.

Нарешті, всі 18 сегментів опинилися в Меріленді, Годдардівському центрі космічних польотів, де їх зібрали на загальній структурній основі, в єдине масивне дзеркало. Тепер чекає перевірка того, наскільки добре вони працюють разом. Цікаво, що це багатоскладове дзеркало буде складатися і розкладатися на манер орігамі, щоб розміститися в ракеті-носії - і потім розкритися на орбіті.

Слідом має завершитися складання інших частин телескопа, які вже разом із дзеркалом пройдуть акустичні та вібраційні випробування, а потім - перевірку в тій же кріогенній камері. До речі, є на майбутньому телескопі James Webb і ще один вкрай цікавий компонент - тисячі мікроскопічних «затворів», які захистять його чутливу апаратуру від занадто яскравих зірок. Про них ми писали в замітці «Затвори на орбіті».

За інформацією NASA