詹姆斯韦伯天文望远镜(JWST)调研报告.pdf

詹姆斯韦伯天文望远镜（JWST）调研报告 ——下一代哈勃天文望远镜 1. JWST 概述 JWST/NGST 计划是美国 NASA、欧洲 ESA 和加拿大 CSA 正在合作进行的 空间天文望远镜计划。 JWST/NGST 预计于 2014 年发射， 将成为 HST 的继承者。 JWST 将发展和验证多项大口径空间望远镜技术的重大创新。 NGST（Next Generation Space Telescope）"下一代空间望远镜"在 1989 年提 出，NASA 在 1995 年开始组织先期论证和预研究。2002 年 9 月 10 日，NASA 宣布将 NGST 命名为 JWST，以 James Webb 这位阿波罗登月计划领导人也曾任 NASA 首席执行官的名字为"下一代空间望远镜"的冠名。 JWST 的研究理念是：在哈勃的基础上应用更先进的技术，口径应该是哈勃 的 3~4 倍，造价要降到哈勃的 1/4~1/5。在经过 A 项研究后，JWST 现已转入 B 项研究，研制工作已经全面开展。 JWST 等效口径 6.5m，集光面积 25m2，探测谱段覆盖从 0.6~28μm，工作温 度低于 35K。JWST 工作在 L2 轨道，距地球 150 万 km，可以排除地球对 JWST 的温度影响。 一个有网球场面积大小的遮阳板在空间拦截太阳对 JWST 的直接照 射。 2. JWST 主要参数 （1） 轨道：1.5*106km，L2 轨道 （2） 预期寿命：5~10 年 （3） 有效载荷总质量：约 6200kg （4） 主镜：等效 6.5m，有效集光面积 25m2，18 块六角形镜面拼接，折 叠发射，在轨展开成形 （5） 光学分辨率：0.1 ，在λ =2000nm 达到衍射极限成像 （6） 探测谱段：600~28000nm （7） 探测仪器：近红外和可见段相机（NIRCam） 、近红外多目标色散光 谱仪(NIRSpec)、 中红外相机和光谱仪(MIRI)以及精密指导传感器 （Fine Guidance Sensor , FGS） （8） 遮光板：22m*10m 在轨展开 （9） 望远镜工作温度：<50K （10） 预算：8.25 亿美元 3. JWST 各子系统组成 JWST 主要由主光学望远镜系统（Optical Telescope Element, OTE） 、科学仪 器（Science Instrument Module, ISIM）和太空船（Spacecraft Element, SE）三部 分组成。 JWST observatory segment 3.1. JWST 之 OTE 子系统 JWST 主光学望远镜光学设计是三反射镜消像差系统，等效 6.5m 口径，系 统焦距 108m，焦比 F/16.67.主镜轻量化达到 10~15kg/m2，主镜自身重量不超过 400kg。主镜由 18 块对角距离 1.5m 的六角形镜面拼接而成，折叠发射，入轨展 开，并在波前探测系统监视下调整入位，达到 18 块子镜的共相。主望远镜在轨 运行后平均每两个星期需要做一次主镜及光学系统的准直/共相调整。望远镜将 瞄准一颗亮星作为检测光源，波前探测器与变形镜、主镜每一块子镜的三维促动 调整机构以及次镜的 6 维调整机构构成闭环控制， 实现望远镜光学系统在轨的准 直调整和共相。望远镜出瞳上装有快速摆镜，用于高精度在轨图像稳定和方位补 偿。主望远镜在轨工作温度 40K，将采用大面积遮阳板和被动制冷达到环境温度 要求。 图：JWST 主光学系统光路图 图：OTE 焦面上对应于各有效载荷的成像区域分布图 图：JWST 主光学系统结构图 图：JWST 各子系统结构示意图 3.2. JWST 之 ISIM 子系统 四大科学仪器的安装位置和组成如下图所示： 图：ISIM 安装位置图 图：ISIM 由四个有效载荷组成 （1） 近红外和可见段相机（NIRCam） NIRCam 成像光谱覆盖范围 600~5000nm；成像视场 2.16 *2.16 ，相机用 一个光谱分光片分短波段 600~2350nm 光路和长波段 2350~5000nm 光路， 短波段光路像元分辨率 0.0317 ，长波段光路像元分辨率 0.0648 。 图：近红外和可见段相机（NIRCam） （2） 近红外多目标色散光谱仪(NIRSpec) NIRSpec 敏感光谱段 1000~5000nm，用 3 个光栅实现光谱分光，光谱分辨 能力 R=100 图：近红外多目标色散光谱仪(NIRSpec) （3） 中红外相机和光谱仪(MIRI) MIRI 相机敏感波段 5000~28000nm， 成像视场 1.88 *1.27 ； 5000~10000nm 和 10000~27000nm 分段光谱仪，光谱分辨