負剛度隔震臺幫助太空望遠鏡使宇宙暗物質(zhì)變清晰_Minus k

時間：2023-10-27

南希-格雷斯-羅曼太空望遠鏡（The Nancy Grace Roman Space Telescope），原名為廣域紅外勘測望遠鏡（the Wide Field Infrared Survey Telescope，WFIRST），是美國宇航局目前正在開發(fā)的一個太空觀測站，計劃不晚于2027年5月**到太空。

羅馬太空望遠鏡（廣域紅外勘測望遠鏡（WFIRST））擁有兩臺儀器：一臺是廣域儀(the Wide Field Instrument，WFI )，強調(diào)研究宇宙的演化并了解太陽系以外的星系是什么樣子；另外一臺是日冕儀（the Coronagraph Instrument），用來推進空間較高對比度成像和光譜學技術(shù)。

1998年，科學家發(fā)現(xiàn)宇宙的膨脹正在加速，這促使他們重新考慮宇宙形成的模型?？梢娢镔|(zhì)僅占宇宙內(nèi)容的5%左右，宇宙中將近27%的物質(zhì)是以暗物質(zhì)的形式存在的，它不發(fā)光也不吸收光。暗物質(zhì)只能通過美國宇航局的羅馬太空望遠鏡（Roman）對可見物質(zhì)的引力效應才能被探測到。Roman任務的很大一部分是致力于監(jiān)測數(shù)十萬個遙遠星系的**新星爆炸（supernova explosions），這些**新星爆炸可用于研究暗能量和宇宙膨脹。

Roman的主要儀器是廣域儀(WFI )，它的視野將比哈勃的較寬曝光量大100倍，它將以較少的觀測時間捕獲更多的天空。在頭五年的觀測中，Roman的成像量將是哈勃30年來所覆蓋的天空的50倍以上。在整個任務期間，WFI將測量來自10億個星系的光線。

副臺上的望遠鏡模擬器以運動學方式安裝在工作臺的西北角，并模擬望遠鏡的**。這包括一個抖動鏡（JM），以可控的方式將**/傾斜誤差注入日冕儀，以及一個用于光學望遠鏡組件的模擬器，該模擬器定義了上游瞳孔并提供未準直的光。

十年巡天測試臺（Decadal Survey Testbed，DST）是一個較新的、**的測試平臺，旨在展示Roman任務所需的日冕儀技術(shù)，該任務將直接對類地系外行星進行成像和定性，其中包括恒星源模擬器，兩個用于波前控制的可變形鏡（DM），日冕儀掩模，波前傳感器和成像相機。DST的光學機械設(shè)計將來自實驗室和當?shù)丨h(huán)境的干擾降到較低。

在其基礎(chǔ)上，DST包括一個碳纖維光學臺，對熱波動高度穩(wěn)定。它還包括主動溫度控制，以及Minus K的SM-1CV負剛度隔振器，負剛度隔振器是由Minus K科技公司開發(fā)的，這些Minus K隔震臺結(jié)構(gòu)緊湊，不需要電力或壓縮空氣，這使得敏感儀器可以被放置在生產(chǎn)設(shè)施或?qū)嶒炇倚枰娜魏蔚胤健inus K隔震臺在多個方向上都能實現(xiàn)高水平的隔震。在這里，SM-1隔振臺是為真空室內(nèi)部使用而定制的，主要是用來減少對微震和實驗室振動的敏感性。

羅馬太空望遠鏡（Roman）將每15分鐘監(jiān)測數(shù)億顆恒星，持續(xù)數(shù)月——這是其他太空望遠鏡無法做到的。它將探測數(shù)百個有趣的宇宙物體，包括矮行星，流氓行星，褐矮星（太大而不能被描述為行星，但質(zhì)量不足以點燃恒星），彗星，小行星和恒星尸體，包括中子星和黑洞，當恒星耗盡太陽系內(nèi)的燃料時會留下這些物體。

總結(jié)：

羅馬太空望遠鏡（Roman）通過各種技術(shù)直接對類地系外行星進行成像和定性，能夠探測數(shù)百個宇宙物體。Roman有一個關(guān)鍵附件是日冕儀，主要用來用來遮擋恒星的直射光，從而可以看到附近的物體，防止這些暗物質(zhì)隱藏在恒星明亮的眩光中。最后，Minus K隔震臺中的SM-1隔振臺在這個項目中起到的主要作用是減小震動帶來的影響，提升各個設(shè)備儀器的工作狀態(tài)。

測試關(guān)鍵組件：

美國宇航局JPL的高對比度成像測試臺（HCIT）設(shè)施是一個大型光學實驗室，在真空室內(nèi)設(shè)有三個光學測試臺，主要用于推進太空日冕技術(shù)。

Roman試驗臺是一個直徑6英尺的真空室，有7.5英尺的圓柱形部分，如果算上端蓋門的向外凸起，可以容納長達8英尺的桌子。另外，電源線、數(shù)據(jù)線、水管和光纖通過側(cè)壁的端口輸送，有兩個端口被攝像機臍帶占用，用來連接工作臺安裝的攝像機外殼和實驗室空氣，這允許使用缺乏真空兼容性的Andor Neos CMOS攝像機作為室內(nèi)的科學檢測器。這些支腿具有手動調(diào)整范圍，允許它們返回以考慮硬件修改后工作臺上重量分布的變化。

該測試臺配備了大量溫度傳感器和一些加速度計，并計劃在未來配備污染監(jiān)測器。使用簡單的控制系統(tǒng)，腔室壁溫度保持在±0.1K以內(nèi)。較復雜的控制用于將可變形鏡（DM）的溫度穩(wěn)定到mK水平。

在Roman中，工作臺和光學望遠鏡組件（OTA）子工作臺位于獨立的PI熱控制回路上，在正常條件下，這些回路將平均工作臺溫度穩(wěn)定在30mK P-V。腔室本身通過帶有加熱器膠帶絕緣層的PID回路控制在實驗室環(huán)境以上的設(shè)**，并且可以穩(wěn)定到50mK P-V。所有光學支架均由殷鋼（invar）加工而成，在柔性鉸鏈安裝座內(nèi)具有光學鍵合，以較大程度地減少殘余熱波動對系統(tǒng)的影響。桌子上的主要熱源是兩個攝像頭和DM電子設(shè)備，所有熱源都由一對外部水冷回路來冷卻。

遮陽星光（Shading Starlight）：

發(fā)現(xiàn)有大氣層的類地行星主要歸功于阻擋望遠鏡星光的能力。雖然這聽起來像是很不可思議的，但自從1931年法國天文學家Bernard Lyot介紹了**臺日冕儀以來，這項工作就一直在進行。日冕儀是望遠鏡的附件，用來遮擋恒星的直射光，從而可以看到附近的物體，否則這些物體會隱藏在恒星明亮的眩光中。

羅馬太空望遠鏡（Roman）包括一個日冕儀，這是一個多層并高度復雜的技術(shù)，由一個掩膜，棱鏡，探測器和兩個自彎曲鏡（可變形鏡）組成。這些鏡子是主動組件，實時改變它們的形狀以適應入射光，從而補償望遠鏡光學系統(tǒng)和天文臺振動的微小變化。這些反射鏡與高科技“掩?！焙推渌M件(統(tǒng)稱為“主動波前控制”)一起，消除了光波在日冕儀擋光元件邊緣彎曲造成的干擾。較終結(jié)果是：星光變得很暗，而微弱發(fā)光的物體(以前看不見的)看起來不會很暗。

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