Warum ist die Sonnenseite der Sonnenblende von JWST lila und mit Silikon bedeckt?

Nach etwa 08:52in Destins Smarter Every Day's Why Are there Holes in the James Webb Sunshield? (Erklärt von meinem Vater) - Smarter Every Day 270 (unten verlinkt) Destins Vater Daryl bewegt sich zu einem Simulator in Originalgröße über die JWST-Sonnenblende und sagt:

Das ist die Sonnenseite, das wird die Sonne sehen, es wird so lila sein. Dies ist Silizium auf dieser Seite.

Frage: Warum ist die Sonnenseite der Sonnenblende von JWST lila und mit Silikon bedeckt?

Wie bei Destin bin ich neugierig, warum es nicht aluminisiert und stark reflektierend ist.

Hinweis: Die optischen Eigenschaften des Sonnenschutzes im sichtbaren Licht sind auch wichtig für Antworten auf:

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Screenshot von Destin's Smarter Every Day's "Why Are there Holes in the James Webb Sunshield? Explained by My Dad Smarter Every Day 270" https://youtu.be/Pu97IiO_yDI Screenshot von Destin's Smarter Every Day's "Why Are there Holes in the James Webb Sunshield? Explained by My Dad Smarter Every Day 270" https://youtu.be/Pu97IiO_yDI

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Antworten (1)

Aus dieser Präsentation James Webb Space Telescope (JWST) Technology Discussion For APPEL Forum vom 7. August 2008 sehe ich Folgendes:

  • Niedrig a S / ϵ H um die absorbierte Sonnenwärmebelastung zu minimieren
  • Metallische Beschichtungen haben a S / ϵ H > 1

Es gibt mehr Details in Technology Development for Large Deployable Sunshield to Achieve Cryogenic Environment , aber ich habe keine kostenlose Quelle dafür gefunden, also müssen Sie sich einfach auf mein Wort verlassen. Hier ist ein praktisches Diagramm aus diesem Papier:

Abbildung 10, grundlegende Theorie des Sonnenschutzbetriebs, zeigt Schichten und Beschichtungen

a S ist die Sonnenabsorption und ϵ H ist der Emissionsgrad des Materials. Ich kann die Bedeutung des H-Index nicht genau identifizieren, aber "halbkugelförmig" scheint plausibel.

Wenn ich das richtig verstanden habe, ist das gering a S / ϵ H Der Wert trägt dazu bei, eine niedrige Dauertemperatur der äußersten Schicht sicherzustellen, aber das Papier geht davon aus, dass der Grund für die Verwendung einer solchen Beschichtung für das beabsichtigte Publikum so offensichtlich ist, dass es nicht näher erläutert wird. Da ich kein Ingenieur bin oder mit den Problemen der Erwärmung im Sonnenlicht vertraut bin, kann ich mir nicht sicher sein.

Silizium wurde aufgrund seines hohen Emissionsvermögens und seiner Robustheit gegenüber Umgebungsbedingungen vor der Markteinführung ausgewählt. Germanium wurde auch in Betracht gezogen, aber:

Germanium wurde in der Vergangenheit in Anwendungen verwendet und hat die richtigen thermischen Eigenschaften. Es wurden jedoch Probleme mit der Verschlechterung der Eigenschaften aufgrund von Feuchtigkeitseffekten festgestellt. Die Beschichtung hat auch einen hohen elektrischen Widerstand, wodurch eine komplizierte zusätzliche Erdung auf einer großen Membran im Weltraum erforderlich wird

Interessant! In dieser Antwort spreche ich über Halbleiterfilme und erkläre, dass sie im sichtbaren und infraroten Bereich ziemlich undurchsichtig sind, bei Mikrowellen jedoch eher transparent sind. Ich gehe dort nicht auf thermisches IR ein, aber die Idee ist, dass es sich um sehr schwache Absorber handeln sollte, und daher würde ich erwarten, dass es ein ziemlich niedriges thermisches Emissionsvermögen hat ε H bei thermischen Infrarotwellenlängen. Und doch wenn A S / ε H ist niedrig, schlägt es vor ε H ist nicht niedrig. Okay, ich werde mir jetzt das Papier ansehen. Danke!
@uhoh es ist ziemlich schwierig, nützliche Zahlen für das Absorptions- / Emissionsvermögen in dünnen Filmen zu finden. FWIW, die Paywall-Waldie-Zeitung, gibt den Sonnenabsorptionsgrad eines 100-nm-Siliziumfilms zu Beginn des Lebens mit 0,4 und seinen Emissionsgrad mit 0,74 an. Die entsprechenden Zahlen für Germanium waren 0,44 und 0,69. Der Absorptionsgrad von Bulk-Aluminium über ein ähnliches Spektrum beträgt ~0,1, und die VDA-Schichten auf der Sonnenblende haben vermutlich einen Emissionsgrad von <0,03. Es definiert nicht "Sonnenabsorption" oder geht detailliert auf Spektren ein.
@StarfishPrime +1. Gibt das Paywall-Dokument tatsächlich an, was die einzelnen Komponenten von Alpha und Epsilon für die der Sonne zugewandten Materialbeschichtungen im Unterschied zu ihrem Verhältnis sind? Vielleicht hilft es, den Kontext etwas besser zu verstehen.
Der Punkt der „grünen“ Schicht ist nämlich, so viel wie möglich zurück zur Sonne zurückzustrahlen, anstatt die Schicht aufzuheizen und somit zur kalten Seite zu strahlen. Dazu benötigt die Schicht ein minimales Absorptionsvermögen (um so wenig Wärme wie möglich einzufangen) und ein maximales Emissionsvermögen (um das meiste davon durch Strahlung abzugeben). Die rosafarbenen Schichten müssen stattdessen so wenig wie möglich absorbieren und abgeben, damit die Wärme nicht von Schicht zu Schicht durch den Stapel weitergegeben wird. Der letzte Punkt auf dieser Folie bedeutet, dass durch das Auffächern der Schichten die innerhalb des Stapels emittierten Strahlen seitlich gerichtet werden, wenn sie hin und her springen.
@Puffin die einzigen Details, die sie hatten, habe ich in den Kommentar zu uhoh direkt über deinem kopiert.
Warum ist die Sonnenseite der Sonnenblende von JWST lila und mit Silikon bedeckt?
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