OTEパスファインダー

OTE Pathfinder ( Optical Telescope Element Pathfinderの略)、またはJames Webb Space Telescope Pathfinder は、James Webb Space Telescopeの技術実証機および試験機です。^{[ 1 ]}これは実際のバックプレーンの非飛行レプリカですが、中央部分のみを含み、実際の JWST で伸びて追加のセグメントを持つ側面の 2 つの「翼」は含まれていません。^{[ 2 ]}これはさまざまなテストに使用され、いくつかの異なる構成がありますが、主なテストのいくつかは、非飛行ハードウェアを使用してミラーセグメントを取り付ける練習や熱テストです。^{[ 3 ] [ 4 ]} Pathfinder は、後部光学システムを含む飛行ハードウェアと連携してテストもされています。^{[ 5 ]} Pathfinder の目標と用途の 1 つは、JWST プログラムのリスク低減です。^{[ 6 ]}パスファインダーは統合とテストの手順の練習を可能にし、リスク軽減にも役立つ。 ^{[ 7 ] [ 8 ]}パスファインダーを使用すると、2 つのミラーの位相を一緒にテストしたり、後部光学システムでテストしたりすることが可能だった。 ^{[ 9 ]} OTE パスファインダーは JWST の統合とテストの計画の一部であり、特に光学望遠鏡要素(主鏡、バックプレーンなど) をサポートした。^{[ 10 ]}

OTE パスファインダーは、2 つの追加のミラーセグメントと追加の副ミラーを使用し、さまざまな構造を組み合わせて、地上支援機器を含むセクションのさまざまな側面をテストできるようにします。^{[ 1 ]}これは、後に JWST 自体での GSE の使用をサポートし、ミラー統合のテストを可能にします。^{[ 1 ]} OTE パスファインダーは、完全な望遠鏡と比較して 18 セルではなく 12 セルですが、バックプレーン構造のテストが含まれています。^{[ 11 ]}パスファインダーにより、非飛行ミラーと非飛行バックプレーンを使用してミラーセグメントの取り付けを練習することができました。^{[ 2 ]}ミラーの取り付けは、要求される高精度のため、練習が必要な作業です。^{[ 4 ]}

パスファインダーのバックプレーンは2011年に完成しました。^{[ 12 ]} OTEパスファインダー用に計画された3つのテストは、光学地上支援装置1（OGSE1）、光学地上支援装置2（OGSE2）、およびサーマルパスファインダーでした。^{[ 13 ]}

パスファインダーはビームイメージアナライザー（BIA）と併用され、もう1つの重要な関連デバイスはAOSソースプレートアセンブリ（ASPA）です。^{[ 13 ]} ASPAは光学テストを行うための赤外線光源を提供します。^{[ 13 ]}

飛行レプリカのバックプレーンは、カリフォルニア州レドンドビーチにあるNASAの請負業者ノースロップ・グラマンの施設で組み立てられました。^{[ 14 ]}飛行用バックプレーンは2枚の翼と中央部で構成されていますが、パスファインダーは中央部のみです。^{[ 15 ]}バックプレーンは、C-5ギャラクシー輸送機で米国本土を横断してアンドリュース統合基地まで輸送され、その後道路でGSCに運ばれました。[ 15 ^{]このセクション}は、プロジェクト用に設計された宇宙望遠鏡輸送機（STTARS）に搭載されています。^{[ 16 ]}これにより、JWSTプロジェクトのさまざまなテストや組み立てのために、国内各地に物品を輸送することが容易になります。^{[ 16 ]}

バックプレーンは、グラファイト複合材、チタン、インバーで構成されています。^{[ 17 ]}インバーは、熱膨張係数（CTEまたはα）が低い鉄ニッケル合金であり、温度変化時にサイズが大きく変化しないことを意味します。^{[ 18 ]}バックプレーンの重要な特徴の1つは、低温で熱的に安定していることです。メインミラーを保持しているため、-240 ° C（-400 °F）で人間の髪の毛の1万分の1（32 nm）未満にサイズが変化しなければなりません。^{[ 17 ]}バックプレーン設計のもう1つのテストは、バックプレーン全体の6分の1の部分であるバックプレーン構造テスト製品でした。^{[ 17 ]}   

2014年にパスファインダーはカリフォルニアからメリーランドに輸送された。^{[ 4 ]}メリーランドでは、ゴダード宇宙飛行センターでミラーの取り付けの練習に使用された。^{[ 19 ] [ 4 ]} 2014年7月にメリーランドのGSCに到着した。^{[ 20 ]}パスファインダーにミラーセグメントが取り付けられ、手順の練習が可能になった。^{[ 21 ]}

ゴダード宇宙飛行センターでは、予備の主鏡セグメント2つと予備の副鏡1つがパスファインダーに取り付けられました。^{[ 21 ]}ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の主鏡は18セグメント（主鏡）で構成されています。^{[ 22 ]}銀の使用も検討されましたが、金は400 nmまでの波長の光を反射するために使用されていますが、コーティングとしては銀よりも耐久性があります。JWSTは主に800 nmから29000 nmの 波長を対象としています。^{[ 22 ]}  

ミラーを取り付けた後のパスファインダーの重量は約1,400キログラム（3,000ポンド）でした。 ^{[ 23 ]} 

メリーランド州のゴダード宇宙飛行センターで作業が行われた後、パスファインダーは低温環境試験のためテキサス州のジョンソン宇宙センターに運ばれた。 ^{[ 4 ]}パスファインダーは2015年2月初旬までにJSCに納入された。^{[ 5 ]}到着に備えて、2014年に光学地上支援装置がジョンソン宇宙センターの極低温試験室に設置された。^{[ 6 ]}地上支援装置はJSCのチャンバーAでOGSE-1中に試験され、その後、後部光学サブシステムとビームアナライザーがOGSE-2に設置され試験された。^{[ 24 ]}最初の試験は2015年6月までに完了し、2回目の試験は2015年11月までに完了した。^{[ 25 ]}パスファインダーにさらに多くの変更を加える3番目の主要な試験は、サーマルパスファインダーと呼ばれている。^{[ 25 ]}光学試験中、ミラーは光の波長よりも小さい距離、つまり零下数百度の温度における人間の髪の毛の太さの数千分の1の距離に「位相合わせ」または位置合わせする必要がありました。^{[ 26 ]}

習うより慣れろ。世界最大の極低温望遠鏡を世界最大の極低温試験室で初めて試験するため、望遠鏡の性能に集中できるよう、試験装置の操作に習熟しておく必要がある。

2015年10月末までに、JWSTとの2回目のテストが完了しました。^{[ 27 ]}飛行後部光学システムはパスファインダーでテストされ、2015年5月にテストのために納入されました。^{[ 5 ]}後部光学システムは、飛行望遠鏡の光学望遠鏡要素の一部です。

2016年に、パスファインダーはテキサス州のジョンソン宇宙センターでパスファインダー熱試験に使用されました。^{[ 3 ]}当時、パスファインダーには予備の飛行定格ベリリウムミラー2枚（1枚は金メッキ）と、熱シミュレーターとして機能する飛行用ではない金メッキアルミニウム試験セグメント10個がありました。^{[ 3 ]} 2016年にパスファインダーは、実際のJWSTが2017年に受ける予定だった熱および真空試験を受けました。^{[ 28 ]}試験チャンバーは元々アポロ計画のハードウェアをテストするために作られましたが、JWST計画でのテストのために改修されました。^{[ 28 ]}熱試験では、同様のハードウェアを冷却タイムラインに乗せて、熱の流れを研究することができます。^{[ 29 ]}飛行用JWST主鏡は、動作のために55 K（-218 °C、-361 °F）まで冷却されるように設計されており、パスファインダーの熱試験はこの目標を裏付けています。^{[ 29 ]}パスファインダーは、ミラーの代わりとなる熱シミュレーターや断熱材を含め、熱試験のために改造する必要がありました。^{[ 29 ]}後部光学サブシステム形状シミュレーターと ISIM 電子機器コンパートメントシミュレーターもあります。^{[ 29 ]}熱試験では、宇宙機熱シミュレーター (SVTS) と深宇宙エッジ放射シンク (DSERS) も実証されています。^{[ 29 ]}   

試験用製品であるため、様々な試験を受ける過程で、その正確な構成は多少変化している。

構成要素には以下が含まれます: ^{[ 19 ]}

• バックプレーンのテストバージョン（実物大のエンジニアリングモデル）^{[ 30 ]}
• 予備のベリリウムミラーセグメント2個
• 予備の補助ミラー
• 金メッキされたアルミニウム製熱シミュレーターセグメント10個^{[ 3 ]}

• 熱放射
• 熱伝導率

• ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のリスク軽減のためのパスファインダー光学望遠鏡素子の使用
• ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡サーマルパスファインダー試験開発
• JSCチャンバーAにおけるJWST OGSE2極低温試験の成功裡の完了（数々の課題を克服）