价值约百亿美元、史上最强望远镜升空，一文读懂詹姆斯·韦伯( 二 ) 北京时间12月25日20时20分

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2012年，技术人员正在检查其中一片主镜

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左：2011年，准备进行低温测试的前六片主镜
右：2017年，准备进行低温测试的OTE模块对主镜的设计与建造是整个“韦伯”工程中最具挑战性的。主镜展开后宽达6.5 米，如果把它做成一面单独的大镜子，对现有的运载火箭来说均太大了。因此，工程师将主镜分割成18块正六边形，在发射前折叠放入火箭整流罩，发射后再展开，异常精巧，是合理利用火箭整流罩空间的设计典范。
因为主镜展开后的精度对望远镜的观测能力有巨大影响，如何保证展开后的精度是主镜设计的难点之一。换句话说， 18片独立的镜片在展开后要浑然一体。对此，工程师为每一块镜片设计了6个电动伺服机构(致动器) ，使每块镜片均能单独调整角度，最高调整精度甚至达到了10纳米，这一尺寸大约相当于人类头发丝的一万分之一。“韦伯”发射后，近红外相机 (NIRCam) 的波前传感器会测量每一片主镜的误差，进而利用计算机算法实现每一块镜片的自动调整。
“韦伯”的次镜、三级反射镜的材质与主镜相同，均为镀金铍镜。其中次镜是一个直径74厘米的圆形曲面，三级反射镜则是一个更小的不对称六边形镜片。光线经过主镜、次镜、三级镜的反射后，由精细转向镜进一步稳定图像，传递给综合科学仪器模块中的四个主要科学载荷，对光线进行分析与处理。

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工程师使用干冰清洁次镜

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三级反射镜和精细转向镜轨道及热控设计：寒光照铁衣
体温枪的原理是测量人体发射出红外线的强度，因为物体的温度越高，向四周辐射出的能量就越强，辐射出来的红外线就越多。如果“韦伯”的工作温度过高，它的镜片等结构自身也会发射出红外线，遮盖住来自遥远星系的微弱红外光。因此， “韦伯”的光学望远镜模块需要在-223摄氏度以下的极端低温中工作。
在太空中对探测器影响最大的热源是太阳，远离太阳便可以降低太阳的辐射量，但过远则会影响太阳能电池板的正常电力供应，并且降低对地通信速率。科学家与工程师找到了一个热量与电源的绝佳平衡点——拉格朗日L2点。
地球与太阳形成的稳定体系中存在5处引力平衡点， “韦伯”便选择了日地拉格朗日L2点作为大本营。只需要微量的扰动，该望远镜就可以长期稳定在L2点附近。在此处， “韦伯”可以将阳光全部“抛于脑后” ，将镜面对向没有太阳的天空。

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“韦伯”轨道示意图，天体大小未按照真实比例日地拉格朗日L2点距地球约150万公里，在此处来自太阳、地球与月球的红外线依旧会对红外观测产生影响。为使望远镜温度进一步降低，科学家使出了浑身解数——2003年发射的斯皮策空间红外望远镜也运行在L2点，同时使用昂贵的液氦作为制冷剂，其温度低至-267.7摄氏度。但是，有限的液氦在2009年5月就用完了，导致其工作温度不断上升，此后的观测性能大打折扣。