MEMS do oglądania odległych galaktyk

Próby zajrzenia w głąb wczesnego Wszechświata są ważne dla zrozumienia jego powstawania, ale wymaga to zebrania bardzo słabego światła podczerwonego – co jest trudne, ponieważ bliższe, jaśniejsze obiekty przytłaczają sygnały ciemniejszych obiektów, które są dalej. Teraz inżynierowie z NASA zaprojektowali bardzo czułe urządzenie z przesłonami w skali 62 000 mikrometrów, które pozwalają naukowcom wybierać obiekty, które chcą badać, i blokować światło z innych obiektów.

Zespół microshutter opracowany przez NASA będzie jednym z najnowszych urządzeń na pokładzie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Będzie siedzieć na szczycie kamery, zwanej spektrografem bliskiej podczerwieni. Jednym z kluczowych elementów, ciemnobrązowym kwadratem, jest tablica z mikromigawkami o wielkości znaczka pocztowego. Zawiera ponad 62 000 maleńkich przesłon wykorzystywanych do blokowania lub przepuszczania światła w celu selektywnego oglądania obiektów, takich jak galaktyki i gwiazdy.

Nowy system mikrozasłony przeznaczony jest do Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba , który ma zastąpić Kosmiczny Teleskop Hubble'a w 2013 roku. Rozpoczyna się od kawałka specjalnie wykonanego krzemu, który zawiera przesłony o wymiarach 38 na 38 milimetrów, które znajdują się na szczycie kamery zwanej spektrografem bliskiej podczerwieni, zbudowanej przez Europejska Agencja Kosmiczna (ŻE).

Naukowcy pokierują otwieraniem i zamykaniem mikrożaluzji, najpierw badając obrazy z kamery na podczerwień znajdującej się na pokładzie teleskopu, mówi Harvey Moseley, główny badacz mikromigawki. Naukowcy oglądający obrazy wybiorą odległe obiekty, które chcą spektrografować. System komputerowy z mapą cyfrową będzie koordynował otwieranie i zamykanie rolet. Przypomina to trochę jazdę na zachód w stronę zachodzącego słońca, kiedy opuszczasz osłonę samochodu, mówi Moseley. Usuwasz dużo światła z systemu detekcji [pole widzenia] i znacznie poprawia to czułość. To jest motywacja stojąca za mikrożaluzjami – eliminacja wszelkiego niepotrzebnego światła.

Mikrożaluzje pozwolą naukowcom zajrzeć w kosmos dalej niż kiedykolwiek wcześniej, całkowicie blokując sygnały jasnych obiektów. Celem jest obserwacja tych bardzo wczesnych galaktyk i uzyskanie wyobrażenia o wszystkich procesach, które umożliwiły powstanie tych galaktyk, mówi Moseley. Co więcej, mamy nadzieję, że uzyskamy lepszy obraz tego, jak przechodzisz z niechlujnego wszechświata z małymi nieregularnymi galaktykami do raczej dużych galaktyk spiralnych dzisiejszego wszechświata.

Wysiłek został wykuty przez Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA z wykorzystaniem technologii mikromechanicznej do produkcji podsystemu mikrożaluzji. Maleńkie okiennice lub klapy były wykonane z azotku krzemu i przymocowane do płytki krzemowej za pomocą zawiasów, wyjaśnia Murzy Jhabvala, główny inżynier Goddard Instrument Technology and Systems Division.

Zespół Moseleya zaprojektował okiennice tak, aby otwierały się i zamykały w odpowiedzi na pole magnetyczne. Naukowcy umieścili materiał magnetyczny na powierzchni żaluzji i umieścili pod nimi magnes, aby je otworzyć. Usunięcie magnesu umożliwia ponowne sprężynowe zamknięcie okiennic. Aby utrzymać je otwarte, inżynierowie przykładają napięcie – dodatnie napięcie na samą przesłonę i ujemne napięcie na tylnej ściance. Warstwy metaliczne służą jako elektrody z przodu iz tyłu matrycy.

Dodatnie i ujemne napięcie utrzymuje przesłonę otwartą, a kiedy magnes się odsunie, przesłona pozostanie otwarta, mówi Jhabvala, a następnie przepuszczamy napięcie do tych przesłon, które chcemy zamknąć. W ten sposób możemy w szczególności otworzyć lub zamknąć dowolną jedną lub setkę okiennic, które chcemy, co jest znane jako adresowanie losowego dostępu.

Microshutters konkurują z alternatywnym podejściem zwanym mikrolusterkami. To podejście wykorzystuje tablicę kafelków; pochylając lustra płytek, światło jest odbijane, mówi Jhabvala. Chociaż jest to bardzo dobra technologia opracowana dla systemów telewizji projekcyjnej, jednym z naszych kluczowych wymagań jest całkowite zablokowanie światła. Nie może być żadnego wycieku, który zakłóci sygnał. Lustra tylko odchylają światło w inne miejsce, pozostawiając możliwość, że światło może dostać się z powrotem do systemu. Okiennice całkowicie go blokują, mówi.

W ciągu najbliższych sześciu do dziewięciu miesięcy, zanim mikrożaluzje zostaną wysłane do ESA, inżynierowie będą kontynuować dostrajanie urządzenia. Ale jak dotąd radziło sobie dobrze; technologia wykazała, że ​​może przetrwać rygory związane z wystrzeleniem w kosmos i działa dobrze w niskich temperaturach (-388 ° F).

Chociaż jest zbyt wcześnie, aby powiedzieć, czy ten wysokiej klasy kosmiczny MEMS kiedykolwiek zostanie skomercjalizowany, Moseley twierdzi, że zalety absolutnej kontroli światła mogą mieć znaczenie dla obrazowania medycznego i innych zastosowań obrazowania. Możliwości, jakie oferuje ta technologia, są świetne. Gdyby wielu ludzi mogło to zdobyć, wielu ludzi by tego chciało. Ale aby był przydatny w innych zastosowaniach do obrazowania technicznego… musimy być w stanie przeskalować je do większego rozmiaru.

ukryć