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JUnio 23, 2016: La compleja ingeniería del material del parasol del telescopio Webb de la NASA

One full-scale Webb telescope sunshield membrane deployed on the membrane test fixture.
El material de plata brillante del parasol de cinco capas que volará a bordo James Webb Space Telescope de la NASA es una hazaña compleja e innovadora de la ciencia con respecto al material e ingeniería. Cada capa está hecha de un material compuesto único, cada uno tiene un tamaño y espesor específico y debe estar separados precisamente en el espacio. Hay incluso especiales costuras y refuerzos para evitar un daño de meteorito.

NASA y sus socios de la industria desarrollaron una manera ligera y robusta para proteger el telescopio y espejos de radiación infrarroja del Sol en el material que compone el parasol. Algunas de las cosas que hacen que el parasol sea único son su fuerte pero material ultrafino especial con forma de cometa y el papel especial de sus capas.

Maquillaje del material

El parasol se compone de cinco capas de un material llamado Kapton. Cada capa está recubierta con aluminio, mientras que sol-lado de las dos capas más calientes (designado capa 1 y capa 2) también tienen un "silicio dopado" (o silicona) el recubrimiento para reflejar el calor del Sol nuevamente dentro del espacio. El parasol es una parte crítica del telescopio Webb porque las cámaras infrarrojas y los instrumentos a bordo deben mantenerse muy fríos y de calor del Sol y la luz para funcionar correctamente.

Kapton es una película de poliimida que fue desarrollada por DuPont en la década de 1960. Tiene alta resistencia al calor y se mantiene estable a través de una amplia gama de temperaturas desde menos 269 a más 400 Celsius (menos 452 a más 752 grados Fahrenheit). No se derrite ni quema en el más alto de estas temperaturas. En la Tierra, la película de polyimide del Kapton puede utilizarse en una variedad de aplicaciones de aislamiento eléctrico y electrónico.

Las capas de revestimiento también están cubiertas con aluminio y silicio dopado por sus propiedades ópticas y longevidad en el ambiente del espacio. El dopaje es un proceso donde una pequeña cantidad de otro material se mezcla durante el proceso de recubrimiento de silicio para que la capa sea conductora. La capa debe ser eléctricamente conductora para que las membranas pueden basarse eléctricamente al resto del JWST podrá no acumular una carga eléctrica estática a través de su superficie. El Silicio tiene una alta emisividad, lo que significa que emite más calor y la luz y actúa para bloquear el calor del Sol que llegue a los instrumentos infrarrojo que se encuentra por debajo de ella. Las superficies de aluminio muy reflectante también rebotan la energía restante de los vacíos en los bordes de la capa de revestimiento.

Capas y forma de cometa

La forma de la cometa y el número de capas de revestimiento tanto juegan un papel importante en el telescopio Webb. Cada una de las diferentes capas son colocadas y separados con precisión para llevar a cabo su función.

"La forma y el diseño también dirigen el calor hacia fuera a los lados, alrededor del perímetro, entre las capas," dijo James Cooper, Webb telescopio parasol Gerente Goddard Space Flight Center de la NASA, Greenbelt, Maryland. "Calor generado por el autobús de la nave espacial en el"core"o centro, es forzado a salir entre las capas de la membrana para que no se caliente la óptica."

"Las cinco capas se necesitan para bloquear y volver a dirigir el suficiente calor para conseguir que el telescopio hasta temperaturas exigidas, con margen," dijo Cooper. "La quinta capa es principalmente para el margen contra imperfecciones, agujeros micro-meteoroides, etc.". La brecha entre las capas proporciona un efecto aislante adicional.

Las capas son un poco diferentes en tamaños y formas diferentes. Capa 5 (justo por debajo del espejo primario) es más pequeño y capa 1 es más grande. Capa 1 es relativamente plana y capa 5 es más curva. Las capas están más cercanos juntas en el centro y más lejos aparte en los bordes a calor directo desde el centro hasta el exterior de las capas.

La óptica del telescopio Webb (como la cámara infrarroja y espejos) siempre debe estar protegida de la exposición directa a los objetos calientes. Por lo que las membranas son de tamaño y posición tal que los espejos sólo tienen una línea de vista directa a la capa fría de la 5, mientras que el Sol brilla sólo directamente en capa 1 no importa que camino se señala al Observatorio.

Cada capa del parasol es increíblemente delgada. Capa 1 que enfrentará al Sol y es de sólo 0,05 mm (0,002 pulgadas) de espesor, mientras que las otras cuatro capas son 0,025 mm (0,001 pulgadas). El espesor de los recubrimientos de aluminio y silicio son incluso más pequeños. La capa de silicio es de ~ 50 nanómetros (nm) (1,9 micropulgadas) de gruesos, mientras que la capa de aluminio es de ~ 100 nm (3,93 micropulgadas) de gruesa.

Costura especial

El material de la membrana es difícil, pero si se pone una pequeña rasgadura o un agujero, el agujero podría ser mucho mayor. Por lo tanto, es un proceso especial llamado un enlace de punto termal (TSB) áreas donde cada capa están fundidas juntas. Además, las tiras de refuerzo del material de la membrana son punto térmico en condiciones de servidumbre a la membrana de los padres sobre cada 6 pies o menos, formando un patrón de grilla de "rip-paradas."

"Esto se ha demostrado mediante pruebas para detener una lágrima y evitar que se extiende fuera de una zona de red determinada," dijo Cooper. Así, si un agujero se produce en una capa del parasol de un meteoro o meteorito pequeño, el tamaño de los daños es limitado. Estos no son para detener un meteorito, sino a contener el área de daño.

Temperaturas extremas y el parasol

El material del parasol retráctil como consigue más frío, y amplían las capas calientes. Cooper dijo, "la variedad de Kapton minimiza esto en comparación con algunas otras opciones de material. Hemos probado el material para saber cuánto se contrae. Consideramos para esto tanto nuestro y de nuestras predicciones de análisis de la forma que nos pondremos en el espacio. Hemos también probado un parasol de cinco capas de un tercio de escala temperatura y vacío para comprobar nuestras predicciones."

El Telescopio espacial James Webb es el científico sucesor del telescopio Hubble de la NASA. Será el telescopio más poderoso jamás construido. Webb es un proyecto internacional liderado por la NASA con sus socios, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense.

Last Updated: June 23, 2016
Editor: Lynn Jenner

Traducción: El Quelonio Volador

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