52、太空望远镜与宇宙微波背景辐射观测技术

太空望远镜与宇宙微波背景辐射观测技术

1. 太空望远镜热设计

1.1 JWST热设计特点

JWST（詹姆斯·韦伯太空望远镜）设计为被动冷却至约40K，包括仪器探测器。这主要是因为望远镜和仪器体积过大，无法使用低温制冷剂或低温冷却器进行冷却。由于没有携带低温制冷剂，JWST的最长寿命由用于轨道维护机动的推进剂决定。

其热设计依赖于多层遮阳板，将天文台中的温暖组件（航天器和太阳能电池板）与寒冷组件（望远镜和仪器）分隔开。望远镜和仪器始终处于遮阳板的阴影下，且不被外罩包围。遮阳板能将200kW的入射太阳辐射降低到望远镜和仪器上的毫瓦级辐射。外层使用低α/ε材料，内层提供低ε材料以防止辐射热传递。

在天文台的温暖一侧，大部分航天器总线覆盖着多层隔热材料（MLI）。散热器面板防止总线过热，面板上的遮阳罩使阳光远离散热器。在寒冷一侧，展开的塔架将望远镜和仪器移离天文台的温暖一侧，主要是为了让主镜和副镜“看到”更少的遮阳板。主镜、副镜和副镜支柱均为被动冷却，后光学子系统中的三级镜和快速转向镜（FSM）则通过安装在结构上的散热器进行冷却。

仪器和探测器在ISIM舱中产生约300mW的热量，通过主镜后面超过8平方米的散热器面板将热量辐射出去。MIRI仪器将在长达28µm的波长范围内进行观测，使用低温冷却器冷却至5 - 7K的工作温度，它是唯一主动冷却的仪器。此外，一个温暖的电子箱位于天文台“寒冷”一侧的仪器舱下方，工作温度为300K，有专门的散热器和挡板防止热量辐射到寒冷组件上。

1.2 热设计未来趋势

低温制冷剂严重限制了任务寿命，并且在任何任务的质量和体积中占很大比例。未来近红外（NIR）任务可能会继续避免