Completato il primo strumento scientifico del JWST: MIRI

Lo scorso 9 maggio, a Londra, è stato consegnato ad ESA il primo strumento realizzato per il James Webb Space Telescope. Si tratta del Mid InfraRed Instrument, chiamato anche MIRI.
Lo strumento è stato realizzato da un consorzio industriale europeo; ora ESA provvederà ad inviarlo al Goddard Space Flight Center della NASA.

MIRI, sarà uno strumento molto importante per il JWST, il telescopio spaziale in sviluppo che opererà nello spettro infrarosso, due volte più grosso dell’europeo Herschel Space Observatory, che è al momento il più grande telescopio scientifico ad infrarossi.

Lo strumento è stato consegnato ad ESA dopo una lunga serie di test e calibrazioni rigorose.

Una volta nello spazio, MIRI, che è costituito da una fotocamera e da uno spettrometro, opererà alla temperatura di -266°C.
Temperature così basse, prossime allo zero assoluto, sono necessarie per garantire che le emissioni infrarosse, prodotte dallo stesso strumento, non interferiscano con i deboli segnali degli obiettivi astronomici in osservazione nell’universo lontano.

MIRI osserverà oltre le polveri che oscurano le regioni dove nascono le stelle, studierà le galassie più lontane, i luoghi dove nascono i pianeti e la composizione dell’interstellar medium.

MIRI farà parte a suo volta dell’Integrated Science Instrument Module (ISIM), la cui integrazione inizierà non appena MIRI verrà consegnato a NASA.

ESA è responsabile anche dello sviluppo di un altro strumento del JWST: NIRSpec, Near-Infrared Spectrograph, che analizzerà lo spettro di più di cento galassie o stelle in contemporanea per studiare i processi di formazione e le abbondanze chimiche dei corpi giovani e lontani.

JWST verrà lanciato nel 2018 a bordo di un Ariane V dallo spazioporto europeo di Kourou, nella Guiana Francese. Verrà posto in orbita intorno al punto lagrangiano L2, quattro volte più distante della Luna, a 1,5 milioni di chilometri dalla terra.

Fonte: ESA.

In allegato MIRI durante un test delle vibrazioni e durante un test ambientale presso il Rutherford Appleton Laboratory dello Science and Technology Facilities Council (UK).


266° sotto zero?

Se raffreddato a elio liquido (temperatura di ebollizione 4,24 K e cioè −268,93 °C) non c’è nulla di strano: qualsiasi radiologo o tecnico di radiologia (come il sottoscritto) ti potrà confermare che le attuali Risonanze Magnetiche lavorano in regime di superconduzione proprio grazie all’elio liquido presente attorno alla bobina che genera il campo magnetico.

Sarebbe interessante sapere se questa temperatura di -266°C viene raggiunta solamente con una schermatura dell’apparato oppure ricorrendo all’elio. Mi sembra però difficile che non si ricorra all’elio.

non era questa la stranezza che mi sembrava
ma l’ assenza del simbolo - (meno) davanti il 266,
poi ho compreso che si trattava di un refuso (ed infatti vedo che è stato corretto)
alchè ho evitato di proseguire il post.
tutto qui.

comunque visto che opera nello spazio le cui temperature sono note e a meno che non venga riscaldato che senso avrebbe raffreddarlo a elio liquido?
o meglio quale sarebbe il motivo di riscaldarlo dalle temperature del vuoto spaziale per poi
raffreddarlo di nuovo?

E infatti usano elio, ma non liquido, e in circuito chiuso quindi senza i problemi di urata di vita ad esempio di Planck LFI. Vedi http://www.jwst.nasa.gov/miri.html :

“The nominal operating temperature for the MIRI is 7K. This level of cooling cannot be attained using the passive cooling provided by the Thermal Management Subsystem. Instead, there is a two-step process: A Pulse Tube precooler gets the instrument down to 18K; and a Joule-Thomson Loop heat exchanger knocks it down to 7K.”

Wiki ha qualcosa sul pulse tube cooler, ma nulla sul Joule-Thompson. Un PDF sul cooler di MIRI è qui http://conferences.library.wisc.edu/index.php/icc15/article/download/181/181

Il salto di tecnologia dall’Hubble al JWST è incredibile, IMHO.

Ah ecco…si usa un circuito chiuso. Mi lasciava molto perplesso infatti l’uso del metodo tradizionale di lenta evaporazione vista la lunga durata operativa che dovrà avere il telescopio.

A tutt’oggi anche negli impianti di Risonanza Magnetica si usa un sistema a circuito chiuso a mezzo di una pompa che mantiene in pressione l’elio. Sarei curioso di capire qui come funziona, dato che per mantenere in uso una pompa a tempo indefinito ci vuole una certa quantità di corrente che andrebbe ad aggiungersi a quella già da fornire per tutti gli altri usi.

Ma la disponibilità di energia non è un problema, ci sono i pannelli solari. In un sistema a circuito aperto il limite sarebbe la quantità di LHe, ma qui no. Per il funzionamento dei crycooler puoi vederti i link sopra, ma i dettagli son tutt’altro che semplici.

Guarda, mi informerò, ma mi sembra che una pompa di quel tipo non consumi proprio pochissimo, ed inoltre è un macchinario relativamente grande, rumoroso (e di questo non ce ne può fregare gran che) e che produce abbastanza vibrazioni … O ne hanno una estremamente sofisticata, oppure il tutto funziona secondo un altro principio.
Ovviamente non sto qui a trinciare giudizi o a non crederci, il mio è più che altro un “ragionamento ad alta voce” per capire e farmi capire.

Ho capito, ma guarda i link del mio post di prima, è tutta un’altra storia. Si tratta di una gerarchia di sistemi di raffreddamento, i primi passivi (radiatori) e gli altri attivi. Vedi http://www.jwst.nasa.gov/ottawa/012899.PPT - il compressore che pilota il pulse tube è nella zona “calda” del satellite, e probabilmente è un compressore statico, non ha parti in movimento.

da uno di quei link:

///Mid InfraRed Instrument (MIRI)
Cooler Subsystem Design
D. Durand, D. Adachi, D. Harvey, C. Jaco, M. Michaelian, T. Nguyen,
M. Petach, and J. Raab
Northrop Grumman Space Technology
Redondo Beach, California, 90278 USA
ABSTRACT
The Cooler Subsystem for the Mid InfraRed Instrument (MIRI) of the James Webb Space
Telescope (JWST) features a 6.2 K Joule-Thomson (J-T) cooler precooled by a three-stage Pulse
Tube (PT) cryocooler to provide 68 mW of cooling at the instrument’s Optical Bench Assembly
(OBA). Having demonstrated Technology Readiness Level 6 (TRL 6) in early 2007, the focus
shifted to the flight cooler subsystem design. This paper includes additional characterization of the
pulse tube pre-cooler, obtained since the last publication, and an update to the overall cooler subsystem
performance estimate, anchored by the TRL 6 end-to-end performance tests. The performance
model includes the efficiency of the Cryocooler Control Electronics (CCEs), as measured on
previous flight and flight-like electronics units. The update to the total cooler system performance
estimate also includes the effect of the thermal rejection system, used to conduct the heat dissipated
at the compressor/pre-cooler assembly to the spacecraft radiators and the effectiveness of the radiators
themselves./// …

Due webcam per monitorare le fasi di assemblaggio del JWST e in particolare dell’ISIM: http://jwst.nasa.gov/webcam.html

Segnalo un giochino molto educativo sul sito del JWST
http://www.jwst.nasa.gov/build.html
straordinario per capire qualcosa circa i satelliti scientifici