극저온 냉각기 웹/NASA

제임스 웹 우주 망원경의 네 가지 장비 중 하나인 MIRI(중적외선 장비)용 냉각 장치입니다. MIRI는 Webb의 다른 장비보다 낮은 작동 온도를 요구하며 극저온 냉각기는 이러한 요구 사항을 수용합니다. 이미지: NASA/JPL-Caltech

매우 민감한 적외선 천문대인 제임스 웹 우주 망원경의 광학 및 과학 장비는 적외선 배경 "잡음"을 억제하기 위해 차가워야 합니다. 더욱이 적외선 신호를 전기 신호로 변환하여 이미지로 처리하는 각 과학 장비 내부의 감지기는 차가워야 제대로 작동합니다. 일반적으로 적외선의 파장이 길수록 검출기는 이 변환을 수행하기 위해 더 낮은 온도를 유지해야 하며 무작위 "잡음" 전자의 생성도 제한해야 합니다.

Webb의 과학 장비 4개 중 3개는 가장 붉은 가시광선과 근적외선(0.6미크론에서 5미크론 파장의 빛)을 모두 "봅니다". 이 장비에는 HgCdTe(수은-카드뮴-텔루라이드)로 구성된 검출기가 포함되어 있으며 37켈빈의 Webb에 이상적으로 작동합니다. 테니스 코트 크기의 선실드가 포함된 Webb의 디자인 덕분에 우주에서 "수동적으로" 추위를 느낄 수 있습니다.

그러나 Webb의 네 번째 과학 장비인 MIRI(중적외선 장비)는 5~28 미크론 파장의 중적외선(MIR) 빛을 "봅니다". 필요에 따라 MIRI의 검출기는 다른 조성(비소가 첨가된 실리콘(Si:As))으로, 제대로 작동하려면 7켈빈 미만의 온도에 있어야 합니다. 이 온도는 수동적 수단만으로는 Webb에서 불가능하므로 Webb은 MIRI 감지기 냉각 전용 "극저온 냉각기"를 가지고 있습니다.

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이 이미지는 제임스 웹 우주 망원경의 네 가지 장비 중 하나인 MIRI(중적외선 장비)용 냉각 장치를 보여줍니다. 이 사진은 극저온 냉각기가 테스트를 완료한 후 촬영되었으며 배송 컨테이너에 넣을 준비를 위해 테스트 챔버에서 꺼냈습니다. 이미지: NASA/JPL-Caltech

MIRI 장비. MIRI는 절대 영도보다 6.7도, 즉 화씨 영하 448도 이하의 온도에서 작동합니다. 출처: NASA/Chris Gunn

테스트 중인 Cryocooler Electronics. 이미지: NASA/JPL-Caltech

Webb의 극저온 냉각기는 두 가지 방식으로 이 전력 및 온도 등급의 우주 비행 극저온 냉각기의 최첨단 기술을 발전시켰습니다.

게다가 극저온 냉각기의 가장 까다로운 요구 사항 중 하나는 저진동입니다. 광학 장치의 지터(유도된 흔들림)와 그에 따른 흐릿한 이미지를 방지하려면 진동 수준을 매우 낮춰야 합니다. CCA의 예냉기의 펄스 튜브 냉각과 CHA의 줄-톰슨 효과 냉각에는 움직이는 부품이 없습니다. 극저온 냉각기에서 유일하게 움직이는 부품은 CCA에 있는 두 개의 2기통 수평 대향 피스톤 펌프이며, 정밀하게 균형을 이루고 조정되어 사실상 완벽한 반대 방향으로 움직이는 수평 대향 피스톤을 가짐으로써 진동이 대부분 상쇄되어 최소화됩니다. .

추가 정보는 MIRI 특집 기사와 NASA.gov의 극저온 냉각기를 참조하세요.

극저온 냉각기 압축기 어셈블리. 이 사진은 챔버가 닫히기 전 테스트를 위해 진공 챔버에 "거꾸로" 설치된 비행 극저온 냉각기를 보여줍니다. 이미지: NASA/JPL-Caltech

Webb MIRI 극저온 냉각기는 기본적으로 관측소 전체에 부품이 분산되어 있는 정교한 냉장고입니다. 주요 부품은 극저온 냉각기 압축기 어셈블리(CCA)입니다. 약 14kelvin에서 약 1/4W의 냉각력을 발생시키는 프리쿨러(헬륨가스를 작동유체로 사용)와 상기 프리쿨러와의 전도에 의해 냉각된 냉매(또한 헬륨가스)를 순환시키는 고효율 펌프로 구성된 히트펌프이며, 미리에게. 프리쿨러는 2개의 실린더가 수평으로 대향된 펌프를 특징으로 하며 재생기와 음향적으로 열을 교환하는 펄스 튜브를 사용하여 헬륨 가스를 냉각합니다. 고효율 펌프는 예냉기의 헬륨과 별도로 헬륨 가스의 다른 배치를 순환시키는 또 다른 2기통 수평 대향 피스톤 장치입니다.