美下一代空間望遠(yuǎn)鏡完成主鏡面“黃金涂層”工作

近日，美國國家航空航天局正在進(jìn)行的下一代空間望遠(yuǎn)鏡—詹姆斯韋伯空間望遠(yuǎn)鏡，目前進(jìn)入了一個(gè)新的里程碑，已經(jīng)完成主鏡面的“黃金涂層”處理工作。不久意味著鏡面主體結(jié)構(gòu)完成，也標(biāo)志著整個(gè)空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目的重大工程節(jié)點(diǎn)。詹姆斯韋伯（JWST）空間望遠(yuǎn)鏡將成為人類有史以來最強(qiáng)大的空間望遠(yuǎn)鏡，它將于2018年發(fā)射入軌。

美國宇航局的工程師完成了詹姆斯韋伯空間望遠(yuǎn)鏡的21面鏡面（其中18面為主鏡面）涂層覆蓋工作，值得注意的是，鏡面的涂層是黃金涂料，這點(diǎn)對韋伯空間望遠(yuǎn)鏡是非常重要的，因?yàn)樵摽臻g望遠(yuǎn)鏡需要收集遙遠(yuǎn)宇宙微弱的紅外波段光線，而使用黃金作為涂層，可增加對宇宙中最遙遠(yuǎn)紅外光線的收集反射。

（詹姆斯韋伯空間望遠(yuǎn)鏡的主鏡面）

該主鏡面采用了令人驚訝的新技術(shù)，主鏡面被分割成18個(gè)較小的六角形鏡面，也就是說，主鏡面采用的全新設(shè)計(jì)概念，有18塊鏡面組合而成，之所以采用這樣的設(shè)計(jì)，是因?yàn)檎材匪鬼f伯空間望遠(yuǎn)鏡如果使用傳統(tǒng)的直筒式鏡面結(jié)構(gòu)，并且要達(dá)到設(shè)計(jì)要求的觀測精度，就需要更大的火箭進(jìn)行發(fā)射，如果采用組合式鏡面布局，就可以縮小望遠(yuǎn)鏡的體積，而且還能達(dá)到更好的觀測效果。

每一塊六角形的鏡面幾乎都有一個(gè)人的高度嗎，大約是4.9英尺，約合1.5米。使用鈹材料制作而成，這些鈹制反射鏡組合成的鏡面總面積是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡采用傳統(tǒng)鏡面布局的6倍以上，由于這種創(chuàng)新式的鏡面組合，使得詹姆斯韋伯空間望遠(yuǎn)鏡接受遙遠(yuǎn)宇宙光線的能力是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的8倍以上，特別是針對宇宙中昏暗的天體，其觀測能力是哈勃的數(shù)百倍。

并且，每個(gè)鏡面的后面都有數(shù)個(gè)微型電機(jī)進(jìn)行微控，可產(chǎn)生不超過10納米的位移偏差，之所以進(jìn)行這項(xiàng)設(shè)計(jì) ，是因?yàn)橛钪婵臻g的溫度極低，而空間望遠(yuǎn)鏡在觀測過程中，需要將鏡面方向?qū)?zhǔn)不同的方向，這時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生微小的溫度變化，這就需要鏡面進(jìn)行的細(xì)微的調(diào)整。因而，鏡面在選擇材料上要求更輕，并且強(qiáng)度更大，承受能力也要有所要求。最終，18塊鈹制反射鏡將在太空中展開，形成一個(gè)巨大的反射鏡面，高度可達(dá)21.3英尺，約為6.5米。而剩下的三面鏡面將被用于空間望遠(yuǎn)鏡的其他地方。

從2010年6月份開始，美國宇航局的工程師們開始為每一塊鈹制反射鏡進(jìn)行涂層處理工作，要涂上厚度僅為120納米的0.12盎司的黃金，而120納米相當(dāng)于一英尺的百萬分之一，比一個(gè)人的頭發(fā)還要細(xì)200倍。進(jìn)行120納米厚度的涂層處理，面臨著許多技術(shù)挑戰(zhàn)，這些涂料并不是簡單制作而成，而是量子涂料，有著非常復(fù)雜的制作工序。其中更艱巨的任務(wù)是，這些硬件必須在沒有后備維修的條件下運(yùn)行。為了進(jìn)行“黃金鏡面”的涂層處理，科學(xué)家將黃金涂料加熱到華氏2500度，大約為1371攝氏度，這樣就能使涂料物質(zhì)由固態(tài)變成液態(tài)。隨后，主鏡面涂層的工程師將其進(jìn)行蒸發(fā)到鈹制鍍版上，最后進(jìn)行涂層覆蓋。

由于研制成本的不斷升高，以及一再推遲原計(jì)劃，詹姆斯韋伯空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目已經(jīng)處于被面臨撤銷的困境之中，主鏡面涂層工作的結(jié)束，使得該項(xiàng)目的科學(xué)家們看到了成功的曙光?？偠灾?，按期完成主鏡面的黃金涂層工作對詹姆斯韋伯空間望遠(yuǎn)鏡而言，是一個(gè)重要的成功。