NIRCam由美国国家航空航天局资助,以亚利桑那大学为主要承包商,加拿大宇航局也参与了NIRCam仪器的开发。工业合作伙伴是位于加利福尼亚州帕洛阿尔托的洛克希德·马丁先进技术中心。
NICAM中红外仪器的有以下几个目标:寻找“第一光源”,NIRCam将调查宇宙中第一批星系和恒星,它们是宇宙中最初的光。此外,NIRCam还需要协助太空望远镜在整个任务期间进行初始(部署后)和定期校准测试。这需要依靠NIRCam的波前传感功能,以确保不同主镜的可以完美对齐并保持整体形状,该科学仪器套件还具有研究银河系恒星形成以及发现和描述其他恒星周围行星的功能。
刚才说到了NIRCam的波前传感功能,NIRCam配备了额外的光学元件和瞳孔分析仪,以实现波前传感。其次,NIRCam中拥有的波前传感模块是完全冗余的,因为詹姆斯韦伯太空望远镜非常依赖于此功能,所以NIRCam设计包括两个相同的成像模块,每个模块都包括双滤光片轮。双滤光片轮的配置使得一个轮持有带通滤光片,而另一个轮持有瞳孔分析仪。
总的来说,NIRCam采用了一种紧凑的折射光学设计,将入射辐射分成了两个波长,入射辐射是和望远镜相关的一个名词,天文学家可以使用望远镜来探测来自电磁波谱不同部分的辐射,这个步骤解释了各种望远镜能够观察到的光谱的哪一部分以及它们探测到的辐射源。而詹姆斯韦伯可以在λ2.5m和λ2.5m处同时观测,短波模块可以以2m处进行奈奎斯特采样,而长波模块以4m处的奈奎斯特采样。
另外,詹姆斯韦伯太空望远镜可以针对附近的恒星进行日冕成像,就比如未来的某一天,詹姆斯韦伯传回来某一张系外恒星的日冕成像,那主要功劳就在中红外仪器。
为了能够对附近的恒星进行日冕层成像,NIRCam仪器中两个相同的光学序列中的每一个都包含一个传统的焦平面日冕成像掩模板,该掩模板与FPA(焦平面组件)保持固定距离,以便日冕成像点始终在探测器平面上聚焦。每个日冕板都是透射的,包含一系列大小不同的斑点,以阻挡来自明亮物体的光线,可以理解为遮光罩中的遮光罩。每个日冕板还包括一个中性密度点,用于在明亮的恒星上实现质心,以及两端的点源,这些点源可以通过成像仪的光学系统发送光线,以便进行内部对准检查。这些日冕板不在仪器的光路中,它们安装在瞳孔轮中的柔性光学楔旋转光束收集仪器的附近。
NIRCam还包括一组宽带滤波器,其波长和宽度是美国宇航局确定的,这是为了进行准确的光度红移估计。在信噪比为10的情况下,在10万秒的曝光时间内,对于0.7-5m的波长,预期点源灵敏度约为3.5nJy(无线射频单位,电波发射强度单位)。
NIRCam所需的所有十个探测器阵列都使用了美国某公司的HgCdTe2kx2k2RG探测器技术,可以简称为H2RG。短波段将以x像素(差不多0.弧秒/像素)采样,而长波段将以x像素(0.弧秒/像素)采样。
关于NIRCam日冕仪,还有几个关键模块大家需要了解以下的啦,每个NIRCam模块将配备一个简单的Lyot日冕仪,包括一系列焦平面暗影器和聚光孔遮罩Lyot结构,参数分别是:
在λ=4.6μm时,提供距恒星0.6弧秒(4λ/D)以内的图像,并在λ=2.1μm时提供距恒星0.3弧秒以内的成像,这是詹姆斯韦伯观察太阳系外行星的主要手段。
在λ=4.3μm时,在距恒星0.8弧秒(6λ/D)范围内成像,在λ=3.35μm时成像0.64弧秒,在λ=2.1μm时成像0.4弧秒,以便在反射光中观察恒星星盘结构。
NIRCam拥有掩星器,在非日冕观测期间不得干扰成像,考虑到日冕遮光器之前波前误差的预算~nmrms。另外由于瞳孔轮定位误差和望远镜到仪器的旋转偏移,允许2%的瞳孔错位。
在年末的测试中,MIRCam仪器超过了预期。在马里兰州GSFC(戈达德航天飞行中心)的第一次集成低温测试项目中,NIRCam的表现明显优于要求。在年4月,NASA将该仪器与其他仪器一起安装在詹姆斯韦伯ISIM集成科学仪器模块中。