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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