OTE Pathfinder (, «шукач шляху для оптичного елемента телескопа») або James Webb Space Telescope Pathfinder — демонстрація технології та випробувальний екземпляр для космічного телескопа Джеймса Вебба. Він є нельотною копією справжньої опорної рами, що містить лише центральну секцію без двох бічних «крил», які розгортаються та несуть додаткові сегменти на реальному телескопі Джеймса Вебба. Його використовували для різноманітних випробувань у кількох конфігураціях; головними серед них були практичне відпрацювання встановлення сегментів дзеркала з використанням нельотного обладнання, а також теплові випробування. OTE Pathfinder випробовували також разом із польотним обладнанням, зокрема із задньою оптичною системою (). Одним з призначень цього макета було зниження ризиків для програми телескопа Джеймса Вебба. Він дав змогу відпрацьовувати процедури інтеграції та тестування, мінімізуючи можливі ризикиOptical Telescope Element Pathfinder. За допомогою OTE Pathfinder вдалося протестувати фазування двох дзеркал між собою та провести випробування із задньою оптичною системоюStatus of the James Webb Space Telescope (JWST) Observatory. OTE Pathfinder входив до плану збирання й тестування телескопа Джеймса Вебба, сприяючи, зокрема, розробці оптичного елемента телескопа (головного дзеркала, опорної рами тощо)Phil Sabelhaus: JWST Project Status for the CAA, May 20, 2006.
OTE Pathfinder використовував два додаткові сегменти дзеркала та додаткове вторинне дзеркало, об'єднуючи різноманітні конструкції для перевірки характеристик секції, включно з наземним допоміжним обладнанням, що дало змогу випробувати інтеграцію дзеркал і підготувати обладнання до подальшого використання на самому телескопі Джеймса Вебба. Порівняно з повнорозмірним телескопом, OTE Pathfinder має 12 комірок замість 18, проте він дає змогу випробувати конструкцію опорної рамиSatMagazine, February 2012: The Untold Story Of NASA's James Webb Space Telescope. Макет дозволив потренуватися монтувати сегменти із застосуванням нельотного дзеркала та нельотної рами, оскільки надвисока точність установлення дзеркал вимагала попереднього відпрацювання навичок.
Складання опорної рами OTE Pathfinder завершили 2011 року. Для нього запланували три випробування: Optical Ground Support Equipment 1 (OGSE1), Optical Ground Support Equipment 2 (OGSE2) та Thermal PathfinderJames Webb Space Telescope (JWST) Optical Telescope Element (OTE) Pathfinder Status and Plans.
OTE Pathfinder застосовували разом із аналізатором зображення пучка (); іншим важливим пов'язаним пристроєм є блок джерел оптичної системи ASPA (), який генерує інфрачервоне випромінювання для оптичних тестів.
Каліфорнія OTE Pathfinder зібрали в Редондо-Біч, штат Каліфорнія, на підприємстві підрядника НАСА Northrop Grumman. Рама самого телескопа Джеймса Вебба має два «крила» й центральну секцію, тоді як OTE Pathfinder — лише центральну частину. OTE Pathfinder перевезли через усю країну на транспортному літаку C-5 Galaxy на базу Ендрюс, а звідти доправили автошляхами до Центру космічних польотів імені Ґоддарда. Для транспортування секції створили спеціальний контейнер STTARS (), який полегшує перевезення елементів країною між різними випробувальними та складальними майданчиками проєкту телескопа Джеймса Вебба.
Опорну раму виготовлено з графітового композиту, титану та інвару. Інвар — це залізо-нікелевий сплав із низьким коефіцієнтом теплового розширення, тобто він суттєво не змінює своїх розмірів у разі перепадів температур. Оскільки рама утримує головне дзеркало, її ключовою особливістю є термостабільність за низьких температур: за −240°C відхилення її розмірів не повинні перевищувати 32 нм (менше однієї десятитисячної товщини людської волосини). Для додаткової перевірки конструкції опорної рами випробували також дослідний зразок Backplane Structure Test Article, що являв собою одну шосту частину повнорозмірної рами.
Меріленд (Центр космічних польотів імені Ґоддарда)
У 2014 році OTE Pathfinder перевезли з Каліфорнії до Меріленда. Там його використовували для відпрацювання встановлення дзеркал у Центрі космічних польотів імені Ґоддарда. До центру в Меріленді він прибув у липні 2014 року. Фахівці закріпили сегменти дзеркала на OTE Pathfinder, що дало змогу ретельно відпрацювати цю процедуру.
У Центрі космічних польотів імені Ґоддарда на OTE Pathfinder встановили два запасні сегменти головного дзеркала та запасне вторинне дзеркало. Головне дзеркало телескопа Джеймса Вебба налічує 18 сегментів. Розробники розглядали варіант покриття сріблом, проте золото виявилося довговічнішим за срібло, хоча воно відбиває світло з довжиною хвилі лише від 400 нм; утім телескоп Джеймса Вебба призначений переважно для діапазону від 800 до 29 000 нм.
Після закріплення дзеркал маса OTE Pathfinder становила близько 1400 кг.
Техас (Космічний центр імені Джонсона) Після робіт у Меріленді OTE Pathfinder доправили до Космічного центру імені Джонсона в Техасі для випробувань за низьких температур. Він прибув туди на початку лютого 2015 року, а ще у 2014 році для підготовки до його прибуття в кріогенній барокамері змонтували оптичне наземне допоміжне обладнання. Це обладнання перевірили під час випробування OGSE-1 у камері «A», після чого встановили задню оптичну систему та аналізатор пучка, які випробували в межах OGSE-2. Перший етап завершили до червня 2015 року, а другий — до листопада 2015 року. Третій масштабний тест із ще більшою кількістю змін у конструкції OTE Pathfinder дістав назву Thermal Pathfinder. Під час оптичних випробувань за температури в сотні градусів нижче нуля дзеркала довелося сфазувати — вирівняти з точністю, меншою за довжину хвилі світла. До кінця жовтня 2015 року завершився другий етап спільних випробувань. На OTE Pathfinder також протестували штатну задню оптичну систему, яку доправили для випробувань у травні 2015 року. На льотному зразку телескопа задня оптична система входить до складу оптичного елемента телескопа.
У 2016 році OTE Pathfinder залучили до теплових випробувань Pathfinder Thermal Test у Космічному центрі імені Джонсона в Техасі. На той час він мав два запасні льотні берилієві дзеркала (одне з золотим покриттям) і десять нельотних алюмінієвих сегментів із золотим напиленням, які слугували тепловими імітаторами. Того ж року OTE Pathfinder пройшов термовакуумні тести, заплановані для основного телескопа Джеймса Вебба на 2017 рік. Барокамеру спочатку спорудили для випробування техніки програми «Аполлон», а згодом модернізували для потреб програми телескопа Джеймса Вебба. Тепловий тест охоплює подібне обладнання на етапі охолодження, що дає змогу вивчити теплові потокиJames Webb Space Telescope Thermal Pathfinder Test Development, International Conference on Environmental Systems. Робоча температура штатного головного дзеркала телескопа Джеймса Вебба має становити 55 К (−218 °C), і термотести OTE Pathfinder сприяють досягненню цього показника. Для теплових випробувань установку модифікували: додали теплові імітатори дзеркал та теплоізоляцію. Конструкція також містить геометричний імітатор задньої оптичної підсистеми й імітатор відсіку електроніки інтегрованого модуля наукових інструментів. Крім того, тепловий тест демонструє роботу теплового імітатора космічного апарата () та радіаційних теплопоглиначів відкритого космосу ().
Складові
Конфігурація цього дослідного зразка дещо змінювалася залежно від поточних випробувань.
До його складу входили: дослідна версія опорної рами (повнорозмірна інженерна модель); два запасні сегменти дзеркала з берилію; запасне вторинне дзеркало; десять алюмінієвих сегментів із покриттям із золота, які слугували тепловими імітаторами.
Примітки
Посилання
Use of a pathfinder optical telescope element for James Webb Space Telescope risk mitigation James Webb Space Telescope Thermal Pathfinder Test Development Successful Completion of the JWST OGSE2 Cryogenic Test at JSC Chamber-A while Managing Numerous Challenges