NASA为旗舰级望远镜研制出“不可得”的材料

2010-9-30 14:25 来源: 科技日报
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  在詹姆斯·卡梅隆的电影《阿凡达》描绘的世界中,潘多拉星上那些悬浮的山令人印象深刻。片中,这种独特的现象源于“Unobtanium”物质——词根的组合意味着“得不到的元素”,暗示此物“只应天上有”,在地球上没有发现一种物质能够做到这一点。

  而据物理学家组织网9月29日(北京时间)报道,美国国家航空航天局(NASA)为打造下一代天文望远镜,穷极世间先进技术,居然得到了前所未有的航天器材料,欲为其命名,却无迹可寻,NASA团队成员只好借用电影典故,起名为“得不到的元素”。

备受瞩目的下一代望远镜

  詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST),是NASA当前研制工作的重头戏、下一代望远镜的曙光、旗舰级的天文设备……你可找到一切表达重视程度的形容词。因为若人们把宇宙看成陆地,各类探索仪器比猛禽,那么韦伯望远镜实在可以算作“猛犸象”了。

  这架体态硕大无比的望远镜,原计划于2011年发射升空,但因为繁复的制造工艺问题,不得不延迟到2013年升空;且据称,目前花费已经达到了80亿美元——这还是镜片从原计划的8米缩水为6.5米之后的。一切让人不禁对詹姆斯·韦伯太空望远镜投以关注的目光。

  更引发争议的,是它顶着的“哈勃望远镜继任者”的头衔。人们最大的疑问是:在“哈勃”还未退出历史舞台之际,为何要耗巨资打造JWST呢?

  据《新科学家》杂志在线版文章称,“韦伯”团队人员对此解释:宇宙中初现发光天体,是在大爆炸之后的几亿年,但由于宇宙扩张它的波长超过了“哈勃”能探测的范围,人们只可以查其痕迹,却无法睹其真容。但凭借“韦伯”的技术,能探测到大爆炸后两亿年的情景,让我们可以看到由宇宙间最原始材料构成的漫天繁星。

  因发现“宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性”而获得2006年诺贝尔物理学奖的NASA科学家约翰·马瑟,是韦伯望远镜项目的资深科学家,为其付出了近20年的心血。用他的话说:“‘哈勃’是将未知事物展现于人类面前,挑起了我们的求知欲;而关于这些事物的答案,我们要靠韦伯望远镜去探索。”

  而现在,打造这架韦伯望远镜的技术重点,在于综合科学仪器模块(ISIM)飞行结构。

得到了“得不到的元素”

  就像汽车一样,底盘支撑着发动机与其他部件。而韦伯望远镜中的综合科学仪器模块飞行结构,就托举4个高灵敏度的仪器、电子元件及其他共享飞行仪表系统,可以说没了它,这架大望远镜形同空壳。

  位于马里兰州格林贝尔特的戈达德宇航中心,是NASA负责航天飞行器发展工作的机构,亦是大名鼎鼎的“哈勃”太空望远镜的管理者。在这里,工程师们设计出了综合科学仪器模块的9个关键性新技术。但建造综合科学仪器模块飞行结构需要的复合材料,此前从未被研制出来过,“我们在研制之前查阅技术文献,可是穷举搜索,毫无结果,没一点既有经验可循。”团队人员表示说。因而该材料被戏谑的命名为“得不到的元素”,暗指研发过程“从无到有”。

  而现在,这种可简单描述为“碳纤维/氰酸酯树脂”的体系,在与镍合金配件、异形复合板等以前所未有的黏合工序相结合而成的材料,能通过26天最严苛的测试。其可确保韦伯望远镜在进入远离地球150万公里的轨道时抵抗住超低温。更实际数据是,该材料打造出的飞行结构能在温度狂跌至27开尔文(约负246摄氏度)时仍然“存活”着,这个温度甚至要冷过冥王星的表面。

  “这是我们第一次将如此庞大的复合航天器材料暴露在这般严峻的环境下。”ISIM首席机械工程师吉姆·庞提乌斯称。

  尽管已堪称建立了里程碑式的成绩,这却只是戈达德宇航中心团队的第一步。现在,以戈达德宇航中心为龙头,NASA正在进一步设计和开发综合科学仪器模块飞行结构——在低温及在发射过程中的极端引力下,将望远镜稳定而精确的定位保持住。因为像戈达德光学工程师雷·奥尔所说的,“韦伯”有着远比“哈勃”还要难以满足的光学要求。