詹姆斯·韋伯空間望遠鏡

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope，縮寫JWST）是美國航空航天局、歐洲航天局和加拿大航空航天局聯合研發的紅外線觀測用太空望遠鏡。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的質量為6.2噸，約為哈勃空間望遠鏡（11噸）的一半。主反射鏡由鈹製成，口徑達到6.5米，面積為哈勃太空望遠鏡的5倍以上。它還能在近紅外波段工作、能在接近絕對零度（相當於零下273.15攝氏度）的環境中運行。

基本介紹

• 中文名：詹姆斯·韋伯太空望遠鏡
• 外文名：James Webb Space Telescope，
• 縮寫：JWST
• 拉丁文名：James Webb Spatium Telescopium
• 觀測：紅外線
• 屬性：太空望遠鏡
• 預計發射日期：2021年3月
• 質量：6.2噸

研發背景

從1996年開始，美國宇航局向全國招標，尋找這個極端精密的新式空間望遠鏡計畫。競標的四個機構分別是：美國宇航局/戈達德宇航中心、美國TRW公司、著名的洛克西德-馬丁公司和美國鮑爾航空宇宙公司。最後，TRW公司經過嚴格篩選終於奪帥。

“詹姆斯-韋伯”這個名字是取自美國宇航局第二任局長詹姆斯·韋伯——在韋伯擔任美國宇航局(NASA)領導人時美國的航天事業掀開了新的篇章，其中包括探測月球和“阿波羅”登月計畫等。因此，“詹姆斯-韋伯”一誕生，便寄託著人們的厚望。同“哈勃”相比，“詹姆斯-韋伯”更大、更精密，能勘測到更遠的太空！它口徑是“哈勃太空望遠鏡”的三倍，但質量只有哈勃的一半左右。它是一架沒有鏡筒的望遠鏡。

詹姆斯·韋布望遠鏡是哈勃太空望遠鏡的繼任者，將成為下一代空間天文台。它將是有史以來建造的最強大的太空望遠鏡，將提供宇宙中形成的第一個星系的圖像，並探索遙遠恆星周圍的行星。這是美國宇航局、歐洲航天局和加拿大航天局的一個聯合項目。

發展歷史

按原計畫，韋伯望遠鏡本應在2014年升空，但後因預算等問題推遲。

2017年9月，美國航天局表示，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的發射視窗將從2018年的10月推遲至2019年的3月至6月之間。聲明解釋說，韋伯望遠鏡及其遮光板的體積和複雜性超過多數探測器，比如僅遮光板釋放設備就要安裝100多個，振動測試也要用更長時間，所以推遲到2019年春季從法屬蓋亞那庫魯航天中心用歐洲的阿麗亞娜5型火箭發射升空。

2018年3月28日，美國航空航天局再次宣布韋伯在2020年之前不會發射升空。

2018年5月6日，受一系列技術問題的困擾，JWST的最新發射日期已經被推遲到2020年。

2018年6月29日，據國外媒體報導，哈勃望遠鏡的“接任者”詹姆斯·韋伯望遠鏡將推遲至最早2021年3月30日發射。

鏡面系統

主鏡

詹姆斯·韋伯望遠鏡的鏡面系統包括主鏡、次鏡和三鏡。雖然尺寸相對較小的次鏡和三鏡也都很有特色，但昂貴的主鏡卻是結構最複雜的，由許多個子鏡拼接而成的。

鏡面系統和精密偏轉鏡（FSM）是由鮑爾航空航天技術公司研製的，該公司是諾·格公司“光學技術和輕質鏡面系統”的主承包商。“韋伯”的主鏡直徑高達6.5米，在天基望遠鏡中絕對算得上是巨大的。

主鏡的直徑的比發射它用的火箭更大。主鏡被分割成18塊六角形的鏡片，發射後這些鏡片會在高精度的微型馬達和波面感測器的控制下展開。但是，此法不會跟凱克望遠鏡一樣，不必像地面望遠鏡那樣必需根據重力負荷和風力的影響而要按主動光學來時常持續調整鏡段，故詹姆斯韋伯太空望遠鏡除了初期配置之外將不會有太多改變。

主鏡的鏡面作為全體也形成六角形，聚光部和鏡面都露在外面，容易讓人聯想到射電望遠鏡的天線。另外，它的主體也不呈筒狀，而是在主鏡下展開座席狀的遮光板。

鈹鏡襯底

鈹鏡襯底使所有子鏡可拼接成傳統意義上的一面鏡子。襯底厚度約為5cm，“前”反射面被高度拋光，“後”面被精密加工成比實心結構更輕的“蛋架型”結構。

反射面的表面粗糙度小於20nm，鍍上的一層純金薄膜也是為了提高其反射紅外光線的能力。選擇鈹材料是因其極高的剛性和輕質特性，在“韋伯”極寒的運行溫度下不易發生形變。

鈹傳力部件

鈹襯底的另一面被安裝在三角形、蛋架型的鈹傳力部件上。每個傳力部件長約60cm、寬30cm，可用於分擔來自底層結構的負載，來減少鏡面失真。

鈹三角構架

鈹三角構架（BDF）是18塊子鏡的主要中間結構，三角形的構架寬約76.2cm，連線在作動器與反射鏡、襯底或傳力部件之間。

作動器

作動器是由精密馬達和齒輪構成的精細結構，用於移動和調整反射鏡表面形狀。作動器可使18塊子鏡精確排布，像一面整鏡一樣對宇宙中的某一物體進行會聚成像。

18塊子鏡各含6台用於移動和轉動作動器，全部子鏡可利用作動器排布成一面巨大的整鏡。另外，每塊子鏡都搭載一台特殊的作動器，一邊直接連線鏡背面中心，另一邊通過長、薄的鈹結構連線鏡邊緣。每台作動器可使18塊子鏡擁有完全相同的“曲率中心”，確保它們的焦點重合。

這些鏡面作動器是“韋伯”眾多新發明中的一個。它們能夠通過納米尺度的微小位移使鏡面具備最佳的光學性能。另外，這些作動器必須在只比絕對零度高几十度的極端“製冷”溫度下運行。

當“韋伯”在太空展開並冷卻到運行溫度後，地面站的工程師們將向所有作動器傳送指令來調整所有的鏡面，這一過程耗時兩個月。隨後，一旦“韋伯”開始全面運行並進行科學觀測，每10到14天就要進行一次鏡面調校工作。藉助這項新技術，“韋伯”將成為首台採用主動控制拼接主鏡的天基天文台。

接口柔性部件

底板接口柔性部件（BIF）接口將主鏡連線到望遠鏡底板上，該底板支撐主鏡全部的18塊子鏡。精密加工而成的柔性部件像精緻的彈簧一樣，可承受從室溫到零下190度的溫度變化引起的熱脹冷縮。

除了這些連線到底板上的，每塊子鏡上的還有很多這種柔性部件。

遮陽裝置

詹姆斯·韋伯空間望遠鏡的遮陽裝置的SPF值達到100萬，能夠隔絕任何可疑的外部熱源，保證望遠鏡能獲得冷靜的觀測環境。目前，美國宇航局的工程師已經展開了詹姆斯·韋伯空間望遠鏡的巨型遮陽裝置的測試，進展順利。

詹姆斯·韋伯空間望遠鏡的巨型遮陽裝置

巨型遮陽裝置面積非常大，接近一個網球場的大小，還有多層結構，美國宇航局在位於加利福尼亞州諾斯羅普格魯門公司的潔淨室中進行了展開測試。巨型遮陽裝置不僅需要把太陽光擋在身後，還要有非常精確的定位裝置，望遠鏡上的所有組件都會安裝在巨型遮陽裝置上，儘可能降低太陽光對觀測的影響。來自美國宇航局戈達德中心的研究人員威廉·奧克斯認為，巨型遮陽裝置為五層結構，像一把巨大的遮陽扇，可隔絕來自太陽的熱量傳遞。

承擔任務

詹姆斯韋伯太空望遠鏡的主要的任務是調查作為大爆炸理論的殘餘紅外線證據（宇宙微波背景輻射），即觀測今天可見宇宙的初期狀態。為達成此目的，它配備了高敏度紅外線感測器、光譜器等。 為便於觀測，機體要能承受極限低溫，也要避開太陽和地球的光等等。為此，詹姆斯韋伯太空望遠鏡附帶了可摺疊的遮光板，以禁止會成為干擾的光源。因其處於拉格朗日點，地球和太陽在望遠鏡的視界總處於一樣的相對位置，不用頻繁的修正位置也能讓遮光板確實的發揮功效。

整體參數

所屬機構 :NASA、ESA、CSA

波段: 紅外線

軌道高度: 150萬千米（第二拉格朗日點）

軌道周期: 1年

預定發射時間: 2018年

落下時期: 2016年 - 2021年

質量: 6,200千克

別名: 新一代太空望遠鏡（Next Generation Space Telescope，NGST）

光學系統

形式: 屈光式、牛頓式

口徑: 6.5米

聚光面積: 約25米

觀測裝置

NIRCam 近紅外照相機

NIRSpec 近紅外攝譜儀

MIR 中紅外裝置

FGS 精細導星感測器

研發風險

韋伯望遠鏡作為美國宇航局史上最複雜的項目之一，其風險是巨大的，和“哈勃太空望遠鏡”不一樣的是，“詹姆斯-韋伯”因為距離地球太遙遠無法派太空人進行維修保養，所以它的設計製造必須完美無缺，否則將功虧一簣！未來的系統集成測試中還可能發現未知問題，一旦測試遇到困難，就會導致發射被推遲。如果韋伯望遠鏡能夠順利進入軌道服役，可展示其強大的觀測能力。