红外图像拼接概述 (2).pdf下载

weixin_39821746 2023-01-24 10:00:15

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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

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