Պատրաստեց` ՔՐԻՍՏ ԽՐՈՅԵԱՆ
Ընդհանուր ակնարկ
«Ճէյմզ Ուէպ» տիեզերական աստղադիտակի գիտական նպատակներէն մէկը ժամանակի ընթացքին ետ նայիլն է, երբ կալաքսիները նորաստեղծ էին: Ուէպն այդ մէկը կ՛ընէ` դիտելով կալաքսիները, որոնք կը գտնուին շատ հեռու` մեզմէ աւելի քան 13 միլիառ լուսատարի հեռաւորութեան վրայ: Նման հեռաւոր եւ աղօտ առարկաներ տեսնելու համար «Ուէպ»-ին մեծ հայելի պէտք է: Աստղադիտակի զգայունութիւնը կամ այն մանրամասնութիւնները, զորս ան կրնայ տեսնել, ուղղակիօրէն կապուած է հայելիի մակերեսին հետ, որ լոյս կը հաւաքէ դիտարկուող առարկաներէն: Աւելի մեծ մակերեսը աւելի շատ լոյս կը հաւաքէ, ճիշդ այնպէս, ինչպէս աւելի մեծ դոյլը փոքրէն աւելի շատ ջուր կը հաւաքէ անձրեւած ժամանակ:
Ճարտարագիտական մարտահրաւէրներ
«Ուէպ» աստղադիտակի գիտնականներն ու ճարտարագէտները պարզած են, որ 6,5 մեթր լայնութեամբ առաջնային հայելին անհրաժեշտ է այս հեռաւոր կալաքսիներու լոյսը չափելու համար: Այսքան մեծ հայելի կառուցելը դժուար է նոյնիսկ գետնի վրայ օգտագործելու համար: Այսքան մեծ հայելի նախապէս երբեք տիեզերք չէ արձակուած:
Եթէ «Հապըլ» տիեզերական աստղադիտակի 2,4 մեթրանոց հայելին չափուէր այնքան, որ բաւականաչափ մեծ ըլլար «Ուէպ»-ի հետ բաղդատած, ան չափազանց ծանր կ՛ըլլար ուղեծիր արձակուելու համար: «Ուէպ»-ի խմբակը պէտք էր նոր ձեւեր գտնէր հայելին կառուցելու համար, որպէսզի ան ըլլայ բաւականաչափ թեթեւ («Հապըլ»-ի հայելիի զանգուածին միայն մէկ տասներորդը), բայց նաեւ` բաւականաչափ ամուր:
«Ուէպ» աստղադիտակի խմբակը որոշած է հայելիի հատուածները պատրաստել պերիլիումէ, որ ե՛ւ ամուր է, ե՛ւ թեթեւ: Իւրաքանչիւր հատուած կը կշռէ մօտաւորապէս 20 քիլոկրամ:
Ծալովի հայելիներ
«Ուէպ» աստղադիտակի խմբակը նաեւ որոշած է հայելին կառուցել հատուածներով` կառուցուածքի մը վրայ, որ կը ծալուի, ինչպէս` սեղանի մը բաժինները, որպէսզի ան տեղաւորուի հրթիռին մէջ: Այնուհետեւ, հայելին կը բացուի գործարկումէն ետք: 18 վեցանկիւնաձեւ հայելիի հատուածներէն իւրաքանչիւրը ունի 1,32 մեթր տրամագիծ` հարթէ հարթ: («Ուէպ»-ի երկրորդական հայելին ունի 0,74 մեթր տրամագիծ):
Ինչո՞ւ վեցանկիւն
Վեցանկիւն ձեւը թոյլ կու տայ, որ մօտաւորապէս շրջանաձեւ, հատուածաւորուած հայելին ըլլայ կցուած ու կպչած վեցապատիկ համաչափութեամբ: Կցուած ու կպչած ըսելով` կը հասկնանք, որ հատուածները կը տեղաւորուին առանց բացատներու. եթէ հատուածները շրջանաձեւ ըլլային, ապա իրենց միջեւ բացատներ կ՛ըլլային: Համաչափութիւնը կարեւոր է, որովհետեւ պէտք է ըլլայ ընդամէնը 3 տարբեր տեսողական բաժանմունքներ այս 18 հատուածներուն համար, իւրաքանչիւրը` 6 հատուած ունենալով (տե՛ս ստորեւ կցուած նկարը): Վերջապէս, ցանկալի է մօտաւորապէս շրջանաձեւ ընդհանուր հայելիի ձեւը, որովհետեւ ան կը կեդրոնացնէ լոյսը յայտնակներու (detector) ամենախտացուած շրջաններուն վրայ: Հաւկթաձեւ հայելին, օրինակ, կու տայ պատկերներ, որոնք կը քաշուին մէկ ուղղութեամբ: Քառակուսի հայելին մեծ չափով լոյսը կ՛ուղարկէ կեդրոնական շրջանէն դուրս:
Հասնիլ կատարեալ մէկ կեդրոնացումի. ուղղիչները (Actuators)
Տիեզերքին մէջ յայտնուելէ ետք այս հայելիներուն հեռաւոր կալաքսիներու վրայ ճիշդ կեդրոնացնելը եւս մէկ մարտահրաւէր է: Ուղղիչները կը կեդրոնացնեն ուղղութիւնը թիրախին վրայ: Առաջնային հայելային հատուածները եւ երկրորդական հայելին կը տեղափոխուին վեց ուղղիչներով, որոնք կցուած են իւրաքանչիւր հայելիի կտորի յետնամասի միջոցաւ: Հայելիի առաջնային հատուածները իրենց կեդրոնին նաեւ ունին լրացուցիչ այլ ուղղիչ մը, որ կարգաւորէ անոր կորութիւնը: Աստղադիտակի երրորդական հայելին կը մնայ անշարժ:
ՆԱՍԱ-ի Կոտարտի «Ուէպ» աստղադիտակի տեսողական տարրերու տնօրէն Լի Ֆայնպըրկ կը բացատրէ. «Առաջնային հայելիի հատուածներով մէկ մեծ հայելի կազմելը կը նշանակէ, որ իւրաքանչիւր հայելի պէտք էր կցուած ըլլար մարդու մազի հաստութեան 1/10.000-րդին: Առաւել զարմանալին այն է, որ ճարտարագէտներն ու գիտնականները, որոնք կ՛աշխատէին «Ուէպ» աստղադիտակի վրայ, բառացիօրէն ստիպուած էին «ստեղծել» այդ մէկը ընելու մեթոտը»:
Ճարտարագիտական մարտահրաւէր. «Ուէպ»-ի հայելիները սառած պահելը
Մէկ այլ մարտահրաւէր է «Ուէպ»-ի հայելին սառած պահելը: Կանուխ ժամանակուան տիեզերքի առաջին աստղերն ու կալաքսիները տեսնելու համար աստղագէտները պէտք է դիտարկեն անոնց կողմէ արձակուած ենթակարմիր լոյսը ու օգտագործեն աստղադիտակ ու գործիքներ, որոնք համահունչ (optimized) են այս լոյսին: Տաք առարկաները կ՛արձակեն ենթակարմիր լոյս կամ ջերմութիւն. եթէ «Ուէպ»-ի հայելին «Հապըլ» տիեզերական աստղադիտակի նոյն ջերմաստիճանը ըլլար, հեռաւոր կալաքսիներու աղօտ ենթակարմիր լոյսը կը կորսուէր հայելիի ենթակարմիր փայլքին մէջ: Այսպիսով, «Ուէպ»-ը պէտք էր ըլլար շատ պաղ («cryogenic») եւ իր հայելիներու ջերմաստիճանը ըլլար մօտ -220 C: Հայելին` որպէս ամբողջութիւն, պէտք է շատ ցուրտ ջերմաստիճաններուն դիմակայելու կարողութիւն ունենայ, ինչպէս նաեւ պահպանէ իր ձեւը:
«Ուէպ»-ը սառած պահելու համար կ՛ուղարկուի խոր տիեզերք` Երկիր մոլորակէն հեռու: Արեւային վահանակները կը ստուերեն հայելիներն ու գործիքները արեւի տաքութենէն, ինչպէս նաեւ կը պահպանեն զանոնք տաք տիեզերանաւէն
Ինչպիսի՞ աստղադիտակ է «Ուէպ»-ը
«Ուէպ»-ը յայտնի է որպէս երեք հայելային համակեդրոնական (anastigmat) աստղադիտակ: Կերպարանքով անոր առաջնային հայելին գոգաւոր է (concave), երկրորդը` կորնթարթ (convex) եւ քի՜չ մը առանցքէն դուրս կ՛աշխատի: Երրորդը կը ջնջէ յառաջացած տարաբեկութիւնը (աստիկմաթիզմը) ու նաեւ կը հարթեցնէ կիզակէտային հարթութիւնը (focal plane): Սա նաեւ առիթ կ՛ընծայէ աւելի լայն տեսադաշտ ունենալու:
Հայելիի հետազօտութիւններ եւ նորաձեւութիւններ
ՆԱՍԱ-ն ձեռնամուխ եղաւ աստղադիտակներու հայելիներ ստեղծելու նոր ուղիներու հետազօտման: Advanced Mirror System Demonstrator (AMSD) ծրագիրը չորս տարուան համագործակցութիւն էր ՆԱՍԱ-ի, Ազգային հետախուզութեան գրասենեակի եւ Միացեալ Նահանգներու ռազմաօդային ուժերու միջեւ` ուսումնասիրելու թեթեւ հայելիներ կառուցելու ուղիները: ASMD-ի ուսումնասիրութիւններու հիման վրայ կառուցուած եւ ամբողջութեամբ փորձարկուած են երկու փորձնական հայելիներ. մէկը պատրաստուած է պերիլիումէ Ball Aerospace-է կողմէ, իսկ միւսը` Kodak-ի կողմէ (նախապէս ITT, այժմ` Harris Corporation) մշակուած յատուկ տեսակի ապակիէ հայելիները:
Փորձագէտներու խմբակ ընտրուած է այս երկու հայելիները փորձարկելու համար` պարզելու, թէ որքա՞ն լաւ կ՛աշխատին, որքա՞ն կ՛արժեն, եւ որքան դիւրին (կամ դժուար) կրնայ ըլլալ 6,5 մեթրանոց հայելի կառուցելը: Փորձագէտները խորհուրդ տուին, որ պերիլիումի հայելին ընտրուի «Ճէյմզ Ուէպ» տիեզերական աստղադիտակին համար` քանի մը պատճառներով, որոնցմէ մէկն այն է, որ պերիլիումը կը պահպանէ իր ձեւը շատ նուազ ջերմաստիճաններու մօտ: Փորձագէտներու խմբակի առաջարկութեան հիման վրայ Northrop Grumman-ը (ընկերութիւնը, որ կը ղեկավարէ «Ուէպ»-ի կառուցման ջանքերը) ընտրած է պերիլիումի հայելին, եւ ՆԱՍԱ Կոտարտի նախագիծի ղեկավարութիւնը հաստատած է այս որոշումը:
Ինչո՞ւ պերիլիում
Պերիլիումը թեթեւ մետաղ է (աթոմային յապաւումը` Be), որ ունի բազմաթիւ առանձնայատկութիւններ, որոնք զայն ցանկալի կը դարձնեն «Ուէպ»-ի առաջնային հայելիի համար: Մասնաւորապէս պերիլիումը շատ զօրաւոր է շնորհիւ իր ծանրութեան եւ իր ձեւը լաւ պահելու լայն տարողութեամբ ջերմաստիճաններու պարագային: Պերիլիումը ելեկտրականութեան եւ ջերմութեան լաւ հաղորդիչ է եւ մագնիսական չէ:
Որովհետեւ ան թեթեւ է եւ ամուր, պերիլիումը յաճախ կ՛օգտագործուի գերձայնային (ձայնի արագութենէն աւելի արագ) օդանաւներու եւ տիեզերանաւերու բաժիններ շինելու համար: Ան նաեւ կ՛օգտագործուի երկրային ծրագիրներու պարագային, ինչպէս` զսպանակներու եւ այլ գործիքներու շինութեան պարագային: Պերիլիումով աշխատած ժամանակ պէտք է զգուշ ըլլալ, որովհետեւ ապառողջ է պերիլիումի փոշին շնչելը կամ կլլելը:
Ինչպէ՞ս եւ ո՞ւր պատրաստուած են պերիլիումի հայելիները
«Ճէյմզ Ուէպ» տիեզերական աստղադիտակի 18 յատուկ թեթեւ պերիլիումի հայելիները պէտք էր 14 կանգառ կատարէին Միացեալ Նահանգներու 11 տարբեր վայրերուն մէջ` անոնց արտադրութիւնը աւարտելու համար: Ճանապարհորդութիւնը սկիզբ առաւ Եութայի պերիլիումի հանքերուն մէջ, այնուհետեւ յաջորդաբար տեղափոխուեցան ամբողջ երկրին մէջ` մշակման եւ փայլեցման համար: Իրականութեան մէջ հայելիները իրենց պատրաստութեան ճանապարհին կանգ առած են ութ նահանգներու մէջ` որոշ նահանգներ այցելելով մէկէ աւելի անգամ, նախքան իրենց մեկնիլը Հարաւային Ամերիկա` բարձրանալու իրենց վերջնական ճանապարհորդութեան, դէպի տիեզերք:
«Ուէպ»-ի հայելին պատրաստելու համար պերիլիումը արդիւնահանուած է Եութայի մէջ եւ մաքրուած է Օհայոյի Պրաշ Ուէլմանի մէջ: «Ուէպ»-ի հայելիներուն մէջ օգտագործուող պերիլիումի որոշակի տեսակը կը կոչուի O-30, որ մանր փոշի մըն է: Փոշին դրուեցաւ չժանգոտուող պողպատէ մեծկակ տաշտերու մէջ եւ ճնշուելով կաղապարուեցաւ հարթ ձեւի: Երբ պողպատէ կաղապարը հանուեցաւ, ստացուած պերիլիումի կտորը կիսով չափ կտրուեցաւ, որպէսզի երկու հայելային մասնաբաժիններ շինուին մօտ 1,3 մեթր լայնութեամբ: Իւրաքանչիւր հայելիի մասնաբաժին օգտագործուած է մէկ հայելային հատուած պատրաստելու համար. ամբողջական հայելին պատրաստուած է 18 վեցանկիւն հատուածներէ:
Հայելային մասնաբաժիններն ստուգուելէ ետք անոնք ուղարկուած են Axsys Technologies` Քուլմանի մէջ, Ալապամա: Առաջին երկու հայելային մասնաբաժինները աւարտեցան 2004 թուականի մարտին:
Axsys Technologies-ը հայելային մասնաբաժինները բերաւ իրենց վերջնական ձեւին: Հայելիի ձեւաւորման գործընթացը կը սկսի պերիլիումի հայելիի ետեւի մասի մեծ բաժինը կտրելով` ձգելով ընդամէնը «հեծան» (rib) կառուցուածք մը: Հեծանները ունին ընդամէնը մօտ 1 միլլիմեթր հաստութիւն: Հակառակ անոր որ մետաղին մեծ մասը կ՛անհետանայ, հեծանները, սակայն, բաւարար են հատուածի ձեւը կայուն պահելու համար: Այս մէկը կը դարձնէ հատուածը շատ թեթեւ: Պերիլիումի հայելիի հատուածի ծանրութեան 20 քկ է, իսկ ամբողջական առաջնային հայելային հատուածի ծանրութիւնը, իր ուղղիչներով միասին, մօտաւորապէս 40 քկ:
Հայելիի փայլեցում
Երբ հայելային հատուածները ձեւաւորուեցան Axsys-ի կողմէ, անոնք ուղարկուեցան Ռիչմոնտ, Քալիֆորնիա, ուր SSG/Tinsley-ն զանոնք փայլեցուց:
SSG/Tinsley-ն սկսաւ մանրացնել իւրաքանչիւր հայելիի մակերեսը` հասցնելով զայն իր վերջնական ձեւին: Այդ մէկը ընելէ ետք հայելիները խնամքով հարթուեցան եւ փայլեցուեցան: Հարթեցման եւ փայլեցման գործընթացը կը կրկնուէր մինչեւ իւրաքանչիւր հայելիի հատուածին կատարեալ ըլլալը: Անկէ ետք հատուածները փոխադրուեցան ՆԱՍԱ-ի Մարշալի տիեզերական թռիչքներու կեդրոն` Հանցվիլի մէջ (MSFC), Ալապամա` cryogenic փորձարկման համար:
Որովհետեւ շատ նիւթեր ջերմաստիճանի փոփոխութեան ժամանակ կը փոխեն իրենց ձեւը, Ball Aerospace-ի փորձարկման խումբը աշխատած է ՆԱՍԱ-ի ճարտարագէտներու հետ` Մարշալի «X-ray and Cryogenic» հաստատութեան մէջ (XRCF)` հայելիի հատուածները սառեցնելու համար մինչեւ այն ջերմաստիճանը, որ «Ուէպ»-ը ենթադրաբար պիտի ենթարկուի անոր` ըլլալով խոր տիեզերքին մէջ (-240 աստիճան սելցիուս):
Հայելիի առաջնային հատուածներու cryogenic փորձարկումը սկսած է Մարշալի XRCF-ի մէջ, Ball Aerospace-ի կողմէ, 2009 թուականին:
Այս ջերմաստիճաններու ազդեցութեան պատճառով հայելիի հատուածի ձեւի փոփոխութիւնը արձանագրուած է Ball Aerospace Engineers-ի կողմէ` օգտագործելով լէյզըրային ինթըրֆերոմեթր: Այս տեղեկութիւնները, հայելիներուն հետ միասին, վերադարձաւ Քալիֆորնիա` Թինսլիի մէջ վերջնական փայլեցման համար: Հայելիներու վերջնական փայլեցումը աւարտած է յունիս 2011-ին:
Ոսկիի ծածկոյթ
Երբ հայելային հատուածի վերջնական ձեւը կոփուեցաւ ցուրտ ջերմաստիճանի պատճառով, եւ փայլեցումը աւարտեցաւ, կիրարկուեցաւ ոսկիի բարակ ծածկոյթ մը, որովհետեւ ոսկին կը բարելաւէ ենթակարմիր լոյսի հայելիի արտացոլումը:
Որոշ թեքնիք մանրամասնութիւններ. ինչպէ՞ս ոսկին կարելի է կիրարկել հայելիներուն վրայ: vacuum vapor deposition թեքնիքով: Աստղադիտակի հայելիներու ծածկոյթի փուլը ստանձնած էր Quantum Coating Incorporated-ը: Ըստ էութեան, հայելիները կը տեղադրուին օդատութեան Չամպըրի մէջ, եւ փոքր քանակութեամբ ոսկի կը գոլորշիացուի` հանգչելով հայելիին վրայ: Այն տարածքները, զորս մենք չենք ուզեր ծածկել (ինչպէս` ետեւի կողմը, բոլոր մեքանիզմները եւ այլն) կը դիմակաւորենք: Ոսկիի իտէալական հաստութիւնը 1000 Անկսթրոմն է (100 նանօմեթր): Տձեւ SiO2-ի (ապակի) բարակ շերտ մը կը դրուի ոսկիին վրայ, որպէսզի պաշտպանէ զայն քերթուածքէ` ձեռքով բռնած ժամանակ կամ եթէ մասնիկներ (փոշի օրինակ) յայտնուին անոր մակերեսին վրայ (ոսկին մաքուր է եւ շատ փափուկ):
Ոսկիի ծածկոյթի կիրարկումէն ետք հայելիները եւս մէկ անգամ վերադարձան Մարշալի տիեզերական թռիչքներու կեդրոն` cryogenic ջերմաստիճանի մէջ հայելիի մակերեսի ձեւի վերջնական ստուգման համար: Հիմա արդէն հայելային հատուածները պատրաստ են: Այնուհետեւ անոնք մեկնեցան ՆԱՍԱ-ի Կոտարտի տիեզերական թռիչքներու կեդրոն` Կրինպելթի մէջ, Մերիլանտ:
Կազմուած հայելիներ
Թռիչքի առաջին երկու հայելիները ՆԱՍԱ-ի Կոտարտի կեդրոն հասան սեպտեմբեր 2012-ին: 2013 թուականին վերջին թռիչքի բոլոր հիմնական հայելային հատուածները, ինչպէս նաեւ երկրորդական եւ երրորդական հայելիները պէտք էր ըլլային Կոտարտի մէջ: Հայելիները կը պահուէին մաքուր սենեակի մէջ, յատուկ պաշտպանիչ դարաններու վրայ` աստղադիտակի մնացեալ բաժինները սպասելով:
Աստղադիտակի կառուցուածքը (հիմնականին մէջ աստղադիտակի «ոսկորները», որոնց վրայ պիտի ամրացուէին հայելիները) առաքուած են Northrop Grumman-էն եւ հասած ՆԱՍԱ-ի Կոտարտի կեդրոն օգոստոս 2015-ին: 22 նոյեմբեր 2015-ին տեղադրուած է առաջին հայելին:
Նկատի ունենանք, որ կազմելու ժամանակ հայելիները պաշտպանելու համար անոնք ծածկուած էին բարակ, սեւ ծածկոցներով, որոնք հանուեցան հայելին ամբողջութեամբ կազմուելէ ետք:
Վերջին հայելին տեղադրուեցաւ փետրուար 2016-ին:
Երբ հայելիներու աշխատանքը աւարտեցաւ, հերթաբար սարքաւորումներ տեղադրուեցան աստղադիտակին մէջ: Կոտարտի մէջ եղած ժամանակ աստղադիտակը նաեւ ենթարկուեցաւ միջավայրային քննութեան` ստուգելու համար, թէ ան կրնա՞յ դիմակայել արձակման դժուարութիւններուն: Քննութիւնը յաջողութեամբ աւարտած աստղադիտակը ուղարկուեցաւ ՆԱՍԱ-ի Ճոնսըն Հիւսթըն, Թեքսաս` cryogen ջերմաստիճանի մէջ սարքաւորումներու փորձարկման համար: ՆԱՍԱ-ի Ճոնսընի չամպըր A-ը ՆԱՍԱ-ի միակ ջերմային օդատութեան չամպըրն է, որ բաւականաչափ մեծ է «Ուէպ»-ի համար:
Հայելիներու հաւասարեցում` երկրի վրայ եւ տիեզերքի մէջ
Աստղադիտակը ուղեծիրի վրայ յայտնուելէ ետք, Երկրի վրայ գտնուող ճարտարագէտները պէտք է ուղղումներ կատարեն` աստղադիտակի հիմնական հայելային հատուածներու դիրքին, որպէսզի անոնք համապատասխանին` ապահովելով սուր ու կեդրոնացուած պատկերներ:
Ճարտարագէտները փորձարկած են հաւասարեցման այս գործընթացը ՆԱՍԱ-ի Ճոնսըն տիեզերական կեդրոնին մէջ, A չամպըրի cryogenic, օդատութեան միջավայրին մէջ` շուրջ 100 օրուան ընթացքին: Չամպըրի միջավայրը կը նմանի տիեզերական ցուրտ այն միջավայրին, ուր պիտի գործէ «Ուէպ»-ը եւ որտեղ ան պիտի հաւաքէ տիեզերքի նախապէս չդիտարկուած հատուածներու տուեալները: Չամպըրէն ներս ճարտարագէտները լէյզըրային լոյս սփռած են աստղադիտակին մէջ եւ դուրս` գործելով որպէս «արհեստական աստղեր»-ու աղբիւր: Փորձարկումը ստուգեց, որ ամբողջ աստղադիտակը, ներառեալ տեսողական համակարգն ու սարքաւորումները, աշխատած են այս ցուրտ միջավայրին մէջ եւ հաստատած, որ աստղադիտակը կ՛աշխատի նաեւ տիեզերքի մէջ:
Յաջողելով ՆԱՍԱ-ի Ճոնսըն կեդրոնի իր քննութիւնները` «Ուէպ»-ը իր հայելիներով տեղափոխուեցաւ Նորթրոփ Կրումման, ուր աստղադիտակը պիտի զուգուէր արեւապաշտպան վահանով եւ կցուէր տիեզերանաւին:
Աղբիւր` ՆԱՍԱ
