ב-22 בדצמבר ישוגר סוף סוף טלסקופ החלל ג'יימס ווב, שפיתוחו ארך 24 שנים ועלה לא פחות מ-9.7 מיליארד דולר – כתקציב המשרד לביטחון פנים ומשרד הרווחה של ישראל לשנת 2021 גם יחד. ג'יימס ווב יהיה טלסקופ החלל העוצמתי והמשוכלל ביותר שנבנה בהיסטוריה האנושית, והוא יאפשר לנו לראות את הגלקסיות הראשונות ביקום. אבל עוד קודם לכן, טלסקופ החלל ג'יימס ווב דחף את גבולות הטכנולוגיה וההנדסה, והפטנטים שנרשמו במהלך בנייתו כבר משמשים את כולנו כאן בכדור הארץ. הנה שלוש המצאות שנולדו מפרויקט הדגל של נאס"א:
הקשר של ג'יימס ווב למחלות עיניים והפרעות ראייה
כוח איסוף הפוטונים של כל טלסקופ תלוי בקוטר המראות שלו, וג'יימס ווב מתהדר במראה בקוטר 6.6 מטרים – בהשוואה, למשל, לטלסקופ החלל האבל שהמראה העיקרית שלו היא בקוטר 2.4 מטרים "בלבד". זאת ועוד, המראה של ג'יימס ווב מורכבת מ-18 מראות משושה בצורת חלת דבש, שכל אחת מהמראות הקטנות יותר עשויה בריליום המצופה זהב. כדי למקסם את היכולת של המראות לשקף אור בתחום התת-אדום, השכבה מחזירת האור של המראות לוטשה עד כדי 20 ננומטר, או 20 חלקי מיליארד המטר. לשם השוואה, עוביו של דף נייר ממוצע הוא 100,000 ננומטר.
firstmirror5_lg.jpg
במקביל לליטוש המראות עלה גם הצורך לשפר משמעותית את המכשור שמודד את עיוות קרני האור לאחר פגיעתם במראה. ככלל, קרני האור נעות בצורה של גל. כאשר חזית הגל פוגעת במראה היא עוברת עיוות מסוים, שאותו צריך למדוד באמצעות חיישנים רגישים מאוד. בנאס"א פיתחו חיישנים שרגישותם עולה על כל מה שהיה קודם לכן.
מאחר שהעין האנושית פועלת כמו מראה, החיישנים שפותחו בנאס"א כבר משמשים רופאי עיניים לאבחון טוב יותר של מחלות עיניים והפרעות בראייה (כמו קוצר ורוחק ראייה), וכן לניתוחי לייזר להסרת משקפיים. ספציפית, אחד מארבעת הפטנטים שפותחו במהלך בניית טלסקופ החלל ג'יימס ווב מאפשר לקבל סריקה מדוקדקת של צורת העין תוך שניות במקום תוך שעות.
אינטרפרומטרים בלייזר – מהחלל לתעשייה
אחד האתגרים הגדולים ביותר שניצבו בפני מהנדסי טלסקופ החלל ג'יימס ווב היה למצוא דרך לבדוק את המראות כפי שיתפקדו בחלל, כלומר בוואקום ובטמפרטורה של 232 מעלות צלזיוס מתחת לאפס. מאחר שהמראות הן בעובי ננומטרי, כל ויברציה קלה של האוויר כאן בכדור הארץ עלולה לחמם או לקרר את החומר ולשנות את התמונה המתקבלת.
לשם כך, חברת 4D Technology Corporation מאריזונה פיתחה מספר סוגים של מכשירים שמשתמשים בלייזר דחוס ממספר מוקדים כדי לקחת בחשבון את השפעות הוויברציות. בפועל, בתוך המחסן הגדול מהנדסי החברה פיתחו אינטרפרומטרים (מכשיר מדידה של תבניות גלים) כדי למצע את משבי האוויר הקלים ביותר הנוצרים מכל רחש. מדידה כזו מאפשרת לבודד את המשתנה המפריע הזה ולמדוד במדויק את תפקוד המראות, כאילו היו בוואקום הקפוא של החלל.
כיום, השיטה החדישה הזו משמשת מגוון רחב של תעשיות בכל העולם, כמו מוליכים למחצה, מכשור רפואי, תעשייה אווירית ואסטרונומיה כמובן. למעשה, הטכנולוגיה שפותחה במהלך העבודה על ג'יימס ווב יצרה תחום חדש בשם מטרולוגיה מדויקת (precision metrology) למדידת משטחים מצופים או לא מצופים ברמת דיוק של ננוטמטרים.
gHnTKJuEt8f6QRDk8XFJz7-970-80.jpeg (1).jpg
ירושה מהעתיד: לשקם את האבל
טלסקופ החלל ג'יימס ווב נחשב ליורשו המדעי של טלסקופ החלל האבל, אבל הוא כבר הספיק "לעזור" לטלסקופ החלל הוותיק.
ב-11 במאי 2009 שוגרה מעבורת החלל אטלנטיס למשימת השירות הרביעית להאבל. בין היתר, האסטרונאוטים התקינו בטלסקופ החלל מעגל משולב תלוי-יישום (Application-Specific Integrated Circuit, או ASIC) שפותח בזמנו עבור ג'יימס ווב.
שלא כמו מעגלים מודפסים רגילים, כמו אלו שיש לנו במחשב למשל, מעגלים משולבים תלויי-יישום נבנים במיוחד למטרה מסוימת – ולכן הם מאפשרים לדחוס אלקטרוניקה של מעגל מודפס שלם לקופסה זעירה ויעילה. כך, בטלסקופ החלל ג'יימס ווב, ה-ASIC האחראי על המרת הנתונים האנלוגיים לדיגיטליים אמור היה להיות מחשב במשקל 9.1 קילוגרם – אבל המהנדסים הצליחו לדחוס אותו לקופסה קטנה בגודל 3 סנטימטרים שצורכת רק 11 מיליוואט של חשמל.
הבעיה היא, שמעגלים משולבים תלויי-יישום, כשמם כן הם, ולא ניתן לתכנתם לביצוע משימות ויישומים אחרים. ההשקעה הטכנולוגית בג'יימס ווב הצליחה לייצר מעגל משולב תלוי-יישום שניתן לתכנת אותו – וגרסה מותאמת של המעגל הותקנה בטלסקופ החלל האבל. זו עזרה לתקן את מצלמת הסקר המתקדמת (Advanced Camera for Surverys) של האבל – שהעניקה לנו מאז תמונות מרהיבות של היקום.