Převratný systém mikrozávěrek před fotosenzory JWST

Převratný systém mikrozávěrek před fotosenzory JWST

14. července 2014

Když jsem se poprvé dozvěděl o této technické finese připravovaného teleskopu Jamese Webba (a to samozřejmě nepatřím mezi znalce techniky fotografie) s pokleslou čelistí jsem nevěřícně pokyvoval hlavou nad tím, kam až došel vývoj technologií, a co se podařilo realizovat vědeckotechnickému týmu budoucího nástupce HST a nastávající vlajkové lodi (nejen) infračervené astronomie – teleskopu Jamese Webba, který bude pozorovat vzdálené objekty v chladu vesmírného prostoru daleko od tepelného rušení pozemské atmosféry.

Každému kdo fotí (ať už klasickým analogem či digitálem) je zbytečné vysvětlovat funkci závěrky. Pro ty co nefotí a neorientují se v terminologii, vysvětluje tento termín Wikipedie jasně a krátce: Závěrka fotoaparátu je zařízení umožňující vstup světla na film (nebo snímací prvek) po přesně určenou dobu (tzv. doba expozice). S touto definicí si bohatě vystačíme, i když před ní připojíme předložku a zároveň i zaříkávadlo moderních technologií.

Mikrozávěrky

Je tomu stejně jako v případě polovodičů: představte si jich mnoho v relativně malém prostoru, kde se běžně vyskytuje jen jeden. Princip je stejný, ale technické řešení se liší, protože zařízení se má stát součástí jednoho z nejpřesněji měřících senzorů, který byl kdy instalován na palubě kosmické sondy – spektrografu pro blízkou infračervenou oblast jako součásti hlavní přístrojové desky Webbova teleskopu pod názvem NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) čili detektor pro měření spekter v infračervené oblasti .

detail desky mikrozávěrek o čtyřech polích, na snímku je patrné otevření/uzavření různých mikrozávěrek
Zdroj: http://www.nasa.gov

Co víc – jedná se o inovativní technologické řešení vyvinuté speciálně pro Webbův teleskop. Mikrozávěrky tvoří klíčové zařízení pro citlivé fotoelektrické senzory. Propustí jen světlo vybraných bodových objektů, a tím zvýší citlivost měření spekter v zorném poli teleskopu. A samozřejmě budou plně programovatelné podle požadavků různých druhů pozorování. A těch objektů bude moci být až sto v reálném čase jediné expozice. Jejich vývoj a provoz je o to těžší, že NIRSpec je chlazen na velmi nízké teploty.

Čím tedy vlastně mikrozávěrky jsou? Jde o miniaturní „světelné propustě“ (každá o velikosti 100 x 200 mikronů, čili o průměru několika lidských vlasů) se samostatnými závěrkami, jenž umožňují propouštět nebo naopak blokovat světlo bodových objektů v zorném poli. Pracovní plocha je rozdělena na čtyři pole – každé zhruba o velikosti poštovní známky spárovaných po dvou. Na desce se nachází 62 000 mikrozávěrek, které můžou být v poloze otevřeno/zavřeno pomocí elektromagnetického čidla v závislosti od hodnoty elektrického proudu, který buďto prochází nebo je blokován u jednotlivých mikrosegmentů. To umožňuje technické obsluze vybrat vždy až sto objektů a světlo ostatních zablokovat – a tím přesněji měřit spektra vzdálených ( a v případě snímkování dalekého vesmíru) bodových zdrojů.

Přístrojový segment mikrozávěrek JWST absolvuje první termální, akustické a vibrační testy před tím, než bude osazen do konstrukce jádra teleskopu ISIM (Integrated Science Instrument Module), pokud absolvuje všechny testy na výbornou, budou následovat další zkoušky ve vakuové komoře Goddardova vesmírného centra NASA v Greenbeltu.

uspořádané řady mikrozávěrek NIRspec ve velkém přiblížení
Zdroj: http://www.nasa.gov/

showreel JWST ve formě plakátu
Zdroj: http://lh5.googleusercontent.com/

Pro technický personál JWST teleskopu nastala dlouho očekávaná chvíle: Jádro teleskopu – skelet jeho nervové soustavy – konstrukce ISIM se všemi připojenými čidly a přístroji se přesunula do kryogenní komory, kde ji čekají čtyřměsíční zkoušky při teplotách -253.15° C (20 K). Testy probíhají v Goddard Space Flight Center v Greenbeltu (Maryland). Integrovaný modul pro vědecké přístroje ISIM (Integrated Science Instrument Module) váží zhruba tolik co dospělý slon…

Termální komora v Goddardově centru NASA používá osm vakuových pump a směs dusíku a hélia pro simulaci podmínek v kosmickém prostoru. V průběhu testování budou vědci sledovat na tisíc teplotních čidel, dvouset chladících okruhů. Vše je v současné době době ve stádiu počátečního propojování všech segmentů.