211service.com
MEMS för visning av avlägsna galaxer
Ansträngningar att titta djupt in i det tidiga universum är viktiga för att förstå dess bildande, men detta kräver insamling av mycket svagt infrarött ljus – vilket är svårt eftersom närmare, ljusare objekt överväldigar signalerna från mörkare objekt som är längre bort. Nu har ingenjörer vid NASA designat en mycket känslig enhet med 62 000 mikrometers fönsterluckor som gör det möjligt för forskare att välja objekt de vill studera och blockera ljus från andra objekt.
En mikroslutarenhet utvecklad av NASA kommer att vara en av de nyaste enheterna ombord på rymdteleskopet James Webb. Den kommer att sitta ovanpå en kamera, kallad Near Infrared Spectrograph. Ett av nyckelelementen, den mörkbruna fyrkanten, är en mikroslutaruppsättning ungefär lika stor som ett frimärke. Den rymmer mer än 62 000 små luckor som används för att blockera eller släppa igenom ljus för selektiv visning av objekt, som galaxer och stjärnor.
Det nya mikroslutarsystemet är avsett för James Webb rymdteleskop , planerad att ersätta rymdteleskopet Hubble 2013. Det börjar med en bit specialtillverkat kisel som innehåller en 38 x 38 millimeter yta av slutare som sitter ovanpå en kamera, kallad Near Infrared Spectrograph, som byggs av Europeiska rymdorganisationen (DEN DÄR).
Forskare kommer att vägleda öppningen och stängningen av mikroslutarna genom att först undersöka bilder tagna från en infraröd kamera ombord på teleskopet, säger Harvey Moseley, mikroslutarens huvudutredare. Forskare som tittar på bilderna kommer att välja de avlägsna objekt de vill spektrografera. Ett datorsystem med en digital karta kommer att samordna öppning och stängning av luckorna. Det är lite som att köra västerut in i solnedgången, och du drar ner visiret på din bil, säger Moseley. Du tar bort mycket ljus från ditt detektionssystem [synfält], och det förbättrar känsligheten avsevärt. Detta är motivet bakom mikroslutarna – eliminerar allt onödigt ljus.
Mikroslutarna kommer att tillåta forskare att titta längre ut i rymden än någonsin tidigare genom att helt blockera signalerna från ljusa föremål. Målet är att observera dessa mycket tidiga galaxer och få en uppfattning om alla processer som möjliggjorde bildningen av dessa galaxer, säger Moseley. Vidare hoppas vi få en bättre bild av hur du tar dig från ett rörigt universum med små oregelbundna galaxer till de ganska stora spiralgalaxerna i dagens universum.
Ansträngningen smiddes av NASA:s Goddard Space Flight Center använda mikromekanisk teknik för att tillverka mikroslutarundersystemet. De små luckorna, eller luckorna, var gjorda av kiselnitrid och fäste vid kiselskivan med gångjärn, förklarar Murzy Jhabvala, chefsingenjör på Goddard Instrument Technology and Systems Division.
Moseleys team designade luckorna för att öppna och stänga som svar på ett magnetfält. Forskarna avsatte magnetiskt material på ytan av luckorna och placerade en magnet under för att öppna dem. Genom att ta bort magneten kan luckorna fjäderstängas igen. För att hålla dem öppna applicerar ingenjörer en spänning – en positiv spänning på själva slutaren och en negativ spänning på bakväggen. Metalliska lager fungerar som elektroder på framsidan och baksidan av arrayen.
Den positiva och negativa spänningen håller slutaren öppen, och när magneten rör sig bort kommer slutaren att hålla sig öppen, säger Jhabvala, och sedan låter vi spänningen gå vidare till de luckorna vi vill släppa. På detta sätt kan vi specifikt öppna eller stänga vilken som helst eller hundra av luckorna vi vill ha, så kallade random access-adressering.
Microshutters konkurrerar med ett alternativt tillvägagångssätt som kallas mikrospeglar. Detta tillvägagångssätt använder en rad brickor; genom att luta plattornas speglar avleds ljuset, säger Jhabvala. Även om detta är mycket bra teknik utvecklad för projektions-tv-system, är ett av våra viktigaste krav att helt blockera allt ljus. Det kan inte finnas något läckage som kommer att förstöra signalen. Speglarna avleder bara ljuset någon annanstans, vilket gör att ljuset kan komma tillbaka in i systemet. Luckorna blockerar det helt, säger han.
Under de kommande sex till nio månaderna, innan mikroslutarna skickas till ESA, kommer ingenjörer att fortsätta finjustera enheten. Men hittills har det gått bra; Tekniken har visat att den kan överleva påfrestningarna vid uppskjutning i rymden, och den fungerar bra i den kalla temperaturen (−388 °F).
Även om det är för tidigt att säga om detta avancerade utrymme MEMS någonsin kommer att kommersialiseras, säger Moseley att fördelarna med absolut kontroll av ljus kan ha relevans för medicinsk bildbehandling och andra bildbehandlingstillämpningar. Möjligheten som denna teknik erbjuder är stor. Om många kunde få det skulle många vilja ha det. Men för att göra det användbart för andra tekniska bildbehandlingstillämpningar ... måste vi kunna skala upp dessa till en större storlek.