韦伯的黄金眼是这样制造的

　　詹姆斯韦伯太空望远镜的目标之一是通过时间回溯到星系年轻的时候。要达到这个目标，韦伯需要观测非常遥远的星系来实现这一目标，这些星系距离我们超过130亿光年。一个望远镜的灵敏度，或者说它能看到多少细节，与收集被观测物体光线的镜子面积大小直接相关。因此韦伯需要一个大镜子。今天就让我们看一下韦伯的这面大镜子有什么惊人之处。
　　工程挑战：镜面
　　韦伯望远镜的科学家和工程师确定，要实现这个太空望远镜的目标，需要一个6。5米宽的主镜来观测遥远星系的光线。建造一个这么大的镜子是具有挑战性的，即使是在地面上使用，而且这么大的镜子以前从来没有被发射到太空中！
　　哈勃镜片与韦伯镜面的对比
　　如果你觉得6。5米不是一个很大的数字，那我们可以看一下哈勃太空望远镜的尺寸：2。4米。因此韦伯团队必须找到新的方法来建造镜子，使其足够轻以便能够送入太空。根据计算，韦伯的镜子的每单位面积的质量必须只有哈勃镜子的十分之一才行。
　　最终韦伯望远镜团队决定选用金属铍来制作镜片。铍是第二周期第二主族元素，原子序数为4，元素符号Be，是一种灰白色的碱土金属，属六方晶系，质硬，有展性。这种剧毒的金属既坚固又轻便，可以让韦伯的每个镜片重量降到20公斤左右。而整面镜子由18个六边形镜片组成，每个镜片的直径是1。32米。
　　为了能够让镜面装入运载火箭，韦伯的镜子还设计了折叠结构：主镜两侧是两个折叠的翅膀，每个翅膀包含三个镜片。当韦伯发射时，两翼都将收起，这使得镜子可以装入运载火箭。
　　为什么镜片是六边形的？
　　首先六边形的镜片设计可以拼接成一个大致圆形的镜面，具有高填充系数和六重对称性。高填充系数意味着各个镜片之间没有缝隙的配合。如果这些镜片是圆形的，那它们之间就会有空隙。
　　对称性也是好的，因为使用六边形的话，18个镜片只需要3个不同的光学参数，每个涉及6个镜片。最后镜子整体的形状大致为圆形，也可以将光线集中到探测器上最紧凑的区域。
　　每种颜色对应一组六个镜片，一共分为三组
　　韦伯的每个镜子都有一个单独的代号。A、B或C表示一个段是三种镜子处方中的哪一种。这些照片显示了望远镜上每块镜子的飞行版本！工程挑战：单一的完美的聚焦
　　一旦进入太空，让这些镜子正确聚焦遥远的星系是另一个挑战。执行器或微型机械马达为实现单一完美对焦提供了答案。主镜片和次镜由六个安装在每个镜片背面的致动器移动。主镜片在其中心还有一个额外的致动器，用于调整其曲率。望远镜的三级镜则保持静止。
　　镜片背后的结构
　　NASAGoddard的韦伯光学望远镜元件经理李范伯格解释说：将主镜对齐，就好像它们是一个单一的大镜子一样，这意味着每个镜子都对齐到人类头发厚度的110000。更令人惊奇的是研究韦伯望远镜的工程师和科学家们通过发明做到了这一点。工程挑战：保持低温
　　让韦伯的镜子保持低温是另一个挑战。为了看到早期宇宙中的第一批恒星和星系，天文学家必须观察它们发出的红外光，并使用针对这种光而优化的望远镜和仪器。因为热的物体会发出红外光或热量，如果韦伯的镜子与哈勃太空望远镜的温度相同，那么来自遥远星系的微弱红外光就会消失在镜子本身发出的红外光中。
　　镜片低温测试
　　因此，韦伯需要非常冷（低温），其镜子温度约为零下220摄氏度，因此镜子作为一个整体必须能够承受极冷的温度并保持其形状。为了让韦伯保持寒冷，它将被送入远离地球的深空，并且使用遮阳板为镜子和仪器遮挡太阳的热量。镜子研究与创新
　　韦伯是一架所谓的三镜消散望远镜。在这种配置中，主镜是凹面的，次镜是凸面的，并且稍微离轴工作。三次消除产生的散光并使焦平面变平，以得到更广阔的视野。
　　美国宇航局最初建造了两个测试镜。一种是由BallAerospace用金属铍制成的，另一个由柯达（原ITT，现为哈里斯公司）制造，由一种特殊类型的玻璃制成。
　　一个专家团队被选中对这两种镜子进行测试，以确定它们的工作效果、成本以及建造一个全尺寸的6。5米的镜子有多容易（或困难）。最终专家们建议韦伯太空望远镜选择第一方案，铍镜，原因有几个，其中之一是铍在低温下能够保持其形状。美国宇航局批准了这一决定。铍镜的制造
　　制作韦伯镜子的铍在美国犹他州开采，并在俄亥俄州的BrushWellman提纯。韦伯反射镜中使用的特殊类型的铍称为O30，是一种细粉。这些粉末被放在不锈钢罐中并压成扁平形状。钢罐移除后，扁平的铍块会被切成两半，并被制成两个约1。3米宽的镜子坯料。每个镜坯用于制作一个六边形镜片，而全镜由18个六边形组成。
　　扁平形状的镜胚
　　镜子毛坯通过检查后，就会被送到位于阿拉巴马州卡尔曼的AxsysTechnologies。前两个镜坯在2004年3月就完成了。
　　AxsysTechnologies将镜坯成型为最终形状。在那里，首先会切掉铍镜坯的大部分背面，只留下一个薄的肋结构。肋骨仅约1毫米厚。虽然大部分金属都消失了，但肋骨足以保持整个形状的稳定。这个操作能够使每个部分都非常轻。一个铍镜片的质量为20公斤。
　　镜面部分成型后，它们会被送到加利福尼亚州里士满，对其进行抛光。在SSGTinsley，这些镜片会首先被研磨表面，使其接近其最终形状。完成后，镜子被小心地平滑和抛光。重复平滑和抛光的过程，直到每个镜片都近乎完美。
　　SSGTinsley的一位抛光工程师正在对镜片抛光
　　抛光好的镜片被送往位于阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔太空飞行中心。由于许多材料在温度变化时会改变形状，因此BallAerospace的一个测试团队与马歇尔X射线和低温设施的NASA工程师合作，将镜面部分冷却到望远镜将在深空体验的温度，零下240摄氏度。
　　镜片低温测试
　　主镜低温测试在2009年开始，工程人员使用激光干涉仪记录由于暴露在低温下而导致的反射镜段形状的变化。这些信息与镜片一起被运回加利福尼亚，在廷斯利进行最后的表面抛光。镜片的最终抛光于2011年6月完成。镀金
　　一旦最后的抛光完成后，镜片就会涂上一层薄薄的金。金改善了镜子对红外光的反射。黄金是如何涂在镜子上的？答案是真空气相沉积。镜片首先被放置在真空室内，少量的金被蒸发并沉积在镜子上。这层金属金涂层的厚度为100纳米，一层薄薄的无定形二氧化硅会沉积在金涂层的表面，以防止在处理或颗粒进入表面并四处移动时被划伤。
　　涂上金涂层后，镜片再次被运回马歇尔太空飞行中心，在低温下对镜面形状进行最终验证。接下来，他们被运往位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心。组装
　　前两个飞行镜于2012年9月运达美国宇航局戈达德。到2013年底，所有飞行主镜段以及二级和三级镜都将在戈达德。镜子被存放在洁净室的特殊保护罐中，等待飞行望远镜结构的到来。
　　本质上是望远镜的骨架，镜子将安装在上面。它从诺斯罗普格鲁曼公司运来，并于2015年8月抵达美国宇航局戈达德。2015年11月它被移至组装台，11月22日，安装了第一块镜片。
　　飞行望远镜结构
　　镜片在组装过程中被黑色盖子盖住，以保护镜面。2016年2月，最后一块镜片开始安装，之后防护盖被拆掉，全镜面露了出来。测试
　　镜子完成后，科学仪器被集成到望远镜中。在戈达德，望远镜还进行了环境测试包括声学和振动以确保它能够承受发射的严酷考验。成功完成后，望远镜被送往德克萨斯州休斯顿的美国宇航局约翰逊，在低温下测试光学和仪器。美国宇航局约翰逊的A室是美国宇航局唯一一个足够容纳韦伯的热真空室！
　　A室中的韦伯望远镜
　　在大约100天的低温测试期间，工程师在NASA约翰逊航天中心A室的低温真空环境中测试了这种望远镜的对准过程。房间的环境模拟了韦伯未来工作的寒冷空间环境，工程师将激光输入和输出望远镜，模拟恒星。测试验证了整个望远镜，包括其光学和仪器，能够在寒冷的环境中正常工作。
　　在美国宇航局约翰逊通过测试后，整个望远镜被转移到诺斯罗普格鲁曼公司，在那里望远镜将与遮阳板和航天器总线配合使用。