התפקיד הקריטי של בקרת הרמימה הבדואית בטלסקופים בחלל

טלסקופי החלל פתחו את העיניים של האנושות ליקום בדרכים שפעם היו מוגבל למדע בדיוני.מלכדו את האור הקדום ביותר של כוכבים שנוצרו לאחר המפץ הגדול כדי לנתח את טביעות האצבע הכימית של האטמוספירה של כוכבי הלכת, מכשירים אלה מספקים נתונים המחזירים את ההבנה שלנו של פיזיקה, קוסמולוגיה, ואת מקורות החיים עצמם, הרגישות שמאפשרת תגליות אלה מגיעה עם אתגר הנדסי בלתי אפשרי: כל אחד מנקודות מבטחים על ידי טמפרטורות תת-אדום, כל אחד, כל אחד, כלומר, כל אחד, אם כי ניתן לנפץ, כלומר, אם כי הוא מסוגל לנפץ את הטמפרטורות תת-אדום, כלומר, בכל אחד, אם כי הוא מסוגלות, על-ה, על-הת, על-הת, על-הת, על-הת, על-הת, על-ידי טמפרטורות תת-ידי טמפרטורות תת-ידי טמפרטורות תת-הטבעוכותרות, על-הת, על-אדום, על-ידי טמפרטורות תת-ידי טמפרטורות תת-ידי טמפרטורות תת-ידי טמפרטורות תת-ידי טמפרטורות תת-ידי טמפרטורות תת-הת, על-ידי טמפרטורות תת-ידי טמפרטורות תת-ידי טמפרטורות תת-אדום-אדום-

הסיבה הבסיסית קירור Cryogenic הוא חיוני בטבע של אסטרונומיה אינפרא אדום. אובייקטים חמים פולטים קרינה אינפרא אדום, וטלסקופ הפועל בטמפרטורת החדר יהיה עיוור על ידי זוהר משלו. על ידי גלאי קירור ומערכות אופטיות כדי לבכות טמפרטורות, בדרך כלל מתחת 50 Kelvin (K), מהנדסים מכים רעש רקע זה על ידי פקודות גודל.התוצאה היא כלי המסוגל לזהות את החתימות החמושות ביותר מן הקצה של היקום ההפוך בבירור; הם יכולים לראות את החלל המודרני רק גישה בלתי אפשרית; זה רק כך שהם יכולים לראות בבירור כי הוא בבירור כי הוא כלי אפשרי טלסקופית רק גישה מודרנית.

הפיזיקה מאחורי קוליג'וג'י

כדי להבין מדוע טמפרטורות מבוכות, זה עוזר לזכור עיקרון בסיסי של תרמודינמיקה: כל אובייקט מעל אפס מוחלט פולט קרינה תרמית.העוצמה ואורך הגל של קרינה זו תלוי בטמפרטורה בחדר (כ-300 K), מבנה טלסקופ ואופטיקה פולטים חזק באמצע-האפרה, תוך שימתם של אותות מתעלפים ממקורות קוסמיים מרוחקים.

עבור גלאי אינפרא אדום, היחסים הם אפילו יותר ישיר.בגל סמילקטור, אנרגיה תרמית יכול להרגשת אלקטרונים מהלהקה של valence ללהקה, יצירת זרם כהה המסיימת את האות מפוטמים נכנסים.הזרם הכהה יורד באופן אקספוננציאלי עם טמפרטורה, כך ירידה מ 80 Kout 6 יכולה להפחית אותו על ידי יותר מעשרת ההזמנות של האווירה הזו היא הסיבה לכך שהמכשירים של מידומים ריקים מאחורי טלסקופ (Ricinrered) נשאר צורך להמשיך לבכות על גבי 7bt הראשון של מתכתי תיבות של גלקסיות אחורית (R) עם גלקסיות ריקרד) עם גלקסיות אחוריות (Ricret נשאר גלקסיות אחוריות (Ricrevredrevrevreic) עם גלקסיות אחוריות) עם גלקסיות אחוריות (Richardt נשאר גלקסיות ריקרד) עם גלקסיות ריקרד) עם גלקסיות ריקרד) עם גלקסיות אחוריות (Richardt נשאר גלקסיות אחוריות (Rird) עם גלקסיות אחוריות על גבי 7Richard Kout Kout Kout Kout Kout Kout Kout Kout Kout Kout Kout Kout Kout Kout Kout Kout Kout

איך Cryogenic Cooling Is Achieved

מהנדסים פיתחו חבילת טכניקות להגיע ולשמור על טמפרטורות מבוכות בוואקום החלל, כל אחד עם שפע של סחר ייחודי, מסה, צריכת חשמל, וגלגולי חיים.שיטות אלה בדרך כלל נופלות לשלוש קטגוריות: קירור פסיבי, קירור פעיל ומערכות היברידיות.

« מגניב

קירור פסיבי מקטין את הקרות הטבועה של חלל עמוק. A רדיואקטיבי, בדרך כלל משטח גדול, גבוה בעל כורח גבוה מול השמש והכדור הארץ, מקרינה חום לתוך רקע מיקרוגל קוסמי 2.7 K. מגינים, לעתים קרובות עשוי שכבות מרובות של חומר רפלקטיבי, חום קורנטיבי מהשמש, חלליות, ורכיבים חמים אחרים.

עם זאת, קירור פסיבי יש גבולות. טלסקופ במסלול כדור הארץ נמוך, כמו טלסקופ החלל האבל, חוויות עומס חום משמעותי מן הזוהר אינפרא אדום של כדור הארץ, והוא משתקף אור שמש, מה שהופך אותו קשה להגיע לטמפרטורות הרבה מתחת 150 ק"מ אפילו טלסקופ החלל ג'יימס ווב, חורג בנקודת השמש-הארץ L2grange עם חמש שכבות מסיביות שמש, יכול לקרר את המכשירים החמים ביותר שלה רק 40 Kly, כי הוא צורך בטמפרטורות טמפרטורות פאסיביות מתחת לטמפרטורות פעיל.

מגניב פעיל

מערכות קירור Active משתמשות במקררים מכניים כדי להשמין חום מהמכשיר לרדיורדיאטור חם יותר.הסוגים הנפוצים ביותר עבור יישומי חלל הם צריחי זעקות סטרלינג, זעקות הדופק-Thomson קרירים.המכשירים האלה פועלים על מחזורי תרמודינמיקה סגורה, דחוסים ומרחיבים נוזל עבודה (בדרך אגב helium) כדי לספוג חום בקצה הקר ודוחפים אותו בקצה החם.

זעקות סטרלינג ידועים יעילות גבוהה שלהם גודל קומפקטי, מה שהופך אותם מתאימים למכשירים כמו Spectrometer infrared על לוויין האקארי היפני. Pulse-tube קרירים מציעים ביצועים דומים עם פחות חלקים נעים, צמצום הרטט ושיפור האמינות.עבור טלסקופ החלל ג'יימס Webb על גבי תאי מתכת מודרניים, למרות זאת שלושה שלבים הדופק-tube קריר מספק 7K על ידי שילוב של טרקולנדר עם כמה שנים סטנדרטית של מחזור חיים של KDR.

מערכות היברידיות

observatories רבים משלבים טכניקות פאסיביות ופעילות כדי להתאים את הביצועים.לדוגמה, טלסקופ החלל Spitool השתמש בגישה היברידית: helium Cryostat סיפק את הקירור הראשוני ל-1.4 K, בעוד שרדיטורים פסיביים ומגינים תרמיים הפחיתו את העומס החום על מיכל הליטום, והרחיבו את המשימה מ-2.5 שנים ליותר מ-5 שנים לאחר שהליום היה מותש, אך ורק "מרוץ ריקר" המשיך עם דרישות קירור של ג'יימס" עם מערכת החלל ה-" (RicericerkIRCRI) ו-41, אך ורק עם , אך ורק לאחר שדרשות נוספת, אך ורק לאחר שדרשוריד, אך ורק עם לחץ אוויריות של ג'יימסר, בעודורידאריקסלר, עם מערכת העצבים של ג'יימס KIRCMKIRCM, עם רגישותוריד, עם זאת, עם רגישותוריד, עם מערכת העצבים של ג'יימס KIRSPIR.

טכנולוגיות מפתח ושותפים

בניית מערכת מבועתת לחלל כוללת הרבה יותר מאשר מקרר.כמה טכנולוגיות תמיכה הן קריטיות להצלחתו.

Thermal Fits ו-Hick Switches

רצועות ה-rmal הן גמישות, מוליכים גבוהה עשויים חומרים כגון נחושת או אלומיניום כי להעביר חום בין רכיבים. הם להכיל התכווצות תרמיות ו misalignment ללא העברת עומסים מכניים. מתגי חום, אשר ניתן לכבות, משמשים במהלך קירור כדי לחבר מכשירים אל הקר יותר ולאחר מכן מבודד אותם ברגע שהטמפרטורה של היעד הוא לעתים קרובות להשתמש מתגי גז-גמה, אשר כמות של מתכת קטן לאחר מכן הוא צורך כדי ליצור חלל קירור הוא צריך כדי ליצור חום.

Multi-Layer Insulation (MLI)

שמיכה מאלי מורכבת מעשרות שכבות של חומר רפלקטיבי דק (בדרך כלל קפטון או Mylar) מופרדים על ידי חללים מוליכים נמוך.הם להפחית את העברת החום הרדיואקטיבי בין משטחים חמים וקרים על ידי גורם של 100 או יותר. MLI משמש באופן נרחב סביב כלי כיפה, טנקים בוכים, וכותח ראשים קרים כדי למזער עומסים חמים פשטניים.

חיישנים בטמפרטורות Cryogenic ומפקחים

מדידה טמפרטורה מוקדמת ושליטה הם חיוניים כדי לשמור על מכשירים בטווח התפעול שלהם.סיליקון דיודה מדחום נפוצים עבור טמפרטורות עד 1.5 K, בעוד תרמומטרים התנגדות גרמניה (GRTs) ו rhodium-iron התנגדות thermometers (RIRTs) מציעים רגישות גבוהה יותר מתחת 1 K. אלה מותאמים באופן אישי נגד תקן משני, ואת האלקטרוניקה שלהם חייב לפעול באופן סביר בסביבה חסועת חום, לעתים קרובות עמידים נגד חום, או נגד טמפרטורות מתוחכמות.

Cry Mechanisms

כמה טלסקופים בחלל דורשים חלקים נעים בטמפרטורות מבוכות: פילטרים, גרונות, מראות סריקה, ומסכות סלקטיות לספקטרום של ספקטרום (spectroscopy) מנגנונים אלה חייבים לפעול עם דיוק ברמה מיקרונית תוך שהוא מלוטש רק על ידי סרטים דקים של ציפויים קשים כמו deulfide molybdenum או יהלום כמו פחמן.

אתגרים של מערכות Cryogenic בחלל

תכנון ותפעול מערכות בקרה תרמיות Cryogenic עבור טלסקופי חלל הוא מוטרד עם מכשולים טכניים הדוחקים את גבולות ההנדסה.

שליטה על

בטמפרטורות מבוכות, כל גז או מים נפיחות בסביבה ואקום יהיה נוח על משטחים קרים, להרכיב סרטים קרח כי מדרג ביצועים אופטיים. שכבת קרח רק 1 מיקרומטר עבה על מראה יכול להפחית את רפלקטיביות על ידי עשרות אחוזים, במיוחד על אולטרה סגול ואורך גל אינפרא אדום. venting, חומרים מגזים, ואפילו דקות מן הדלפות ממערכות הנעה חייב להיות נשלטים עם מינים קיצוניים, הם יכולים להגיע אל מול הדבקה או מחוספסה.

כישוף ומיקרופוניקה

זעקות Active Cryocoolers לייצר רטטים מכניים שיכולים לדרג את איכות התמונה, במיוחד עבור כלוויות ו- interferometers. Pulse-tube קרירים לייצר פחות רטט מאשר קירורים סטרלינגיים, אבל אפילו התחדשות קטנה יכולה להפריע ל- sub-arcII המנחה ו-spectroscopy. מהנדסים משתמשים ב-Ratvastivetivescopyer, מאוזנתנגד, ומערכות ביטול פעילות כדי לל לחות הפרעות אלה בחלל.

שליטה על ה-Rmal Gradient Control

שמירה על טמפרטורה אחידה על פני משטחים אופטיים גדולים היא קריטית כדי למנוע עיוות ו defocus. הבדל טמפרטורה של רק 1 K על פני קטע מראה ראשוני של 6.5 מטר יכול לגרום שגיאה גלfront משמעותית. טלסקופ החלל ג'יימס Webb משתמש תנורים וחיישנים תרמיים מבוזרים על פני כוכבי הלכת האחורי שלה ואת קטעי המראה כדי לשמור על יציבות בתוך עשרות מילימטרים.

בדיקות קרקעיות ו-Verification

אימות ביצועים מבוהלים על פני כדור הארץ הוא קשה.תאים ואקום גדולים, לעתים קרובות נקרא תא ריק תרמי, חייב להיות עמוק מספיק כדי לדמות את הסביבה החלל, אבל גם קרירה בכה כדי לספוג קרינה אינפרא אדום ממאמר הבדיקה.התאים המשמש לבדיקת טלסקופ החלל ג'יימס ווב במרכז החלל ג'ונסון של נאס"א הוא 12 מטרים בקוטר ו 18 מטרים, עם מערכות קירור חנקן וכבדות כדי לשכפל את הטמפרטורות בחלל בצורה מושלמת, אפילו לא יכול להיות מנבאד, כמו גם על ידי תאים איטיים, כמו גם על ידי טמפרטורות איטיות, אפילו לא יכול להיות מסורקים, כמו גם על ידי טמפרטורות מיקרוסקופים, כמו גם על ידי טמפרטורות מהירות, כמו גם על ידי מזהמים, כמו גם על ידי אטומיות, כמו גם על ידי אטומיות, כמו גם על ידי חנקן, כמו גם על ידי חנקן, כמו גם על ידי חנקן, כמו גם על ידי חנקן, כמו גם על ידי טמפרטורות מיקרוסקופית, כמו גם על ידי טמפרטורות מיקרוסקופים, כמו גם על ידי חנקן, כמו גם על ידי טמפרטורות מתכת טמפרטורה נמוכה, כמו גם על ידי טמפרטורות מיקרוסקופית, כמו כן, 000 טמפרטורות

השפעה על מדע ותגליות

ההשקעה בשליטה תרמית בוכה עוררה החזרים מדעיים יוצאי דופן.טלסקופ החלל שפיצר, שפעל רק במעט Kelvin, חשף את ההרכב של דבורים במערכת השמש שלנו, ממפה את העננים אבק שבו כוכבים נולדים, וגילינו את פליטת התרמית הראשונה מכוכב הלכת בשנת 2005.

טלסקופ החלל ג'יימס ווב, עם הסוויטות שלו של מכשירים מבוהלים, כבר הפיק תוצאות משינוי פרדיגמות (Gam Webb Space טלסקופ), ה- HIV, מתאן ומים באטמוספירה של ה-YP-39b, ומספק את המלאי הכימי המפורט ביותר של עולם מעבר למערכת השמש שלנו.

טלסקופ החלל האבל, למרות בעיקר מכשיר אופטי ו אולטרה סגול, נהנה גם מטכנולוגיית Cryogenic.המצלמה הקרובה שלה ו- Multi-Object Spectrometer (NICMOS) דרש מברק כדי לשמור על הגלאיים שלה ב-58 K לאחר ®attrostat החנקן המוצק הראשון שלו היה מרוקן.

פיתוח עתידי

הדור הבא של טלסקופי החלל ידרוש אפילו ביצועים מבוהלים שאפתניים יותר.משימות מתוכננות כמו טלסקופ החלל המקור, אחד מארבעת המושגים הגדולים של נאס"א, צופה טלסקופ מגניב ל-4.5 ק" באמצעות מברק רב-שלבי ושמש גדולה.זה יאפשר תצפיות בטווח הרחוק והחמוש, אזורים של הספקטרום שהם בלתי נגישים כיום לכל נזיקין הקיים.

חומרים חדשים נחקרים כדי לשפר את יעילות Cryocer ואמינות. מוליכים על-טבעיים, כגון yttrium barium נחושת תחמוצת תחמוצת (YBCO), יכולים להפחית הפסדים עמידים במגים תרמיים ומובילים נוכחיים, בעוד משווקים מתקדמים כמו ננו-tube מבטיחים מוליכים תרמיים מעל נחושת בטמפרטורות Cryogenic.

החוקרים גם חוקרים חלופות לנוזלים מבוקשים מסורתיים.על-פיפלוד הליום הוא מגניב מצוין בשל התנהגות תרמית גבוהה שלה ואת הלכידות הנמוכה, אבל זה דורש מערכות venting אחסון מורכבות. Solid-state קריקטור מבוסס על אפקטים אלקטרוקליים או אקססטולקטיים עדיין במעבדה אבל בסופו של דבר יכול לספק קירור עם פחות חלקים נעים וצריכת חשמל נמוכה יותר.

גבול נוסף הוא על איסוף ושחרור של טלסקופים מבוהלים.אם ניתן לאסוף או לתדלוק עתידיים בחלל, הם יכולים להיות מצוידים עם קריאות גדולות יותר או קרירים יעילים יותר שלא היו זמינים בשק. Technologies כגון העברה נוזלית בכתה והחלפת רובוטית של מודולים בכוץ נחקרים כחלק מתוכנית האסטרונומיה האסטרטגית של נאס"א.

לבסוף, קבוצות של observatories קמוגניות קטנות נחשבות כדרך להשיג סקרים בכלסקי באורכי גל אינפרא אדום.הרעיון של המשימה SPICA (שיתוף פעולה בין JAXA ו ESA) הציע טלסקופ באורך 3.5 מטרים הקרנית של עד מתחת 8K באמצעות קירור מכני לבדו, הימנעות מסה ומורכבות של סלקציה נוזלית helium בוכה ותאפשר משימה ארוכה יותר של ICA למרות ש- SPRAEXT לא נבחרה לפיתוח מכני של ספקטרום קטן יותר, כמו ספקטרום (קריפטומיאקציה) עבור ספקטרום של משימות קריפטוגרפיה (C) הוא הציע עבור ספקטרום קטן יותר, לא היה מיועד למשימות קריפטוגנית וידאו (קריפטומטיקה).

שם הסרטון: The Cold Heart of Discovery

בקרה תרמית בוכה היא אחת הדיסציפלינות התובעניות והקונסטנטיות ביותר בהנדסת טלסקופ החלל.זה דורש הבנה עמוקה של תרמודינמיקה, חומרים מדע, זעקות ומערכות חלליות, הכל משולב בעיצוב שיש לשרוד את האלימות של שיגור ולפעול ללא פגם במשך שנים בסביבה העוינת של החלל ג'יימס אינפרא אדום הם עצומים: כל דור של טלסקופים מבוכים דחף את הגבול של אסטרונומיה נוספת, החל מגילוי כוכבי הלכת עם תמונות עמוקות יותר, עם אנדרופו של כוכב הלכת עם אנדרופוכות, עם עמוק ביותר אי פעם עם כדור הארץ.

בעוד אסטרונומים מציבים את המראות שלהם על מטרות שאפתניות יותר, החיפוש אחר החיים על כוכבי לכת והמחקר של הכוכבים הראשונים, הטכנולוגיה הבזוגנית תמשיך להתפתח.קררים חדשים, חומרים וארכיקטורות המשימה יאפשר לטלסקופים שרואים עמוק וברור יותר מכל דבר שנבנה עד כה. בדממה של החלל, רק כמה מעלות מעל אפס מוחלט, את הלחישות של היקום הופך סוף סוף סוף סוף סוף לקור.