Czas e-biznesu

Wszystkie najświeższe informacje o Polsce z Czasu e Biznesu.

Zmieniacz gier dla teleskopów kosmicznych: lustra diafragmowe rewolucjonizują astronomię

Zmieniacz gier dla teleskopów kosmicznych: lustra diafragmowe rewolucjonizują astronomię

Naukowcy opracowali nową metodę wytwarzania zwierciadeł teleskopowych, która może umożliwić umieszczenie na orbicie znacznie większych, a tym samym bardziej czułych teleskopów. Źródło: Sebastian Rabin, Instytut Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka

Lekkie i elastyczne lusterka można po uruchomieniu złożyć do niewielkich rozmiarów, a po rozłożeniu precyzyjnie zmienić ich kształt.

Naukowcy opracowali nową metodę wytwarzania i kształtowania dużych zwierciadeł wysokiej jakości, które są znacznie cieńsze niż zwierciadła główne tradycyjnie stosowane w teleskopach kosmicznych. Powstałe zwierciadła mają wystarczającą elastyczność, aby można je było skutecznie owinąć i zapakować w statek kosmiczny podczas startu.

„Wystrzelenie i rozmieszczenie teleskopów kosmicznych to złożona i kosztowna procedura” – powiedział Sebastien Rabian z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka w Niemczech. „To nowe podejście – które bardzo różni się od typowych procedur produkcji i polerowania zwierciadeł – może pomóc rozwiązać problemy z wagą i pakowaniem zwierciadeł teleskopów, umożliwiając umieszczenie na orbicie większych, a przez to bardziej czułych teleskopów”.

Lustra utworzone za pomocą chemicznego osadzania z fazy gazowej

Naukowcy stworzyli lustra za pomocą chemicznego osadzania z fazy gazowej w celu wyhodowania luster filmowych na obracającym się płynie wewnątrz komory próżniowej. To pozwoliło im stworzyć cienką warstewkę paraboliczną, którą można było wykorzystać jako zwierciadło główne teleskopu, po prostu pokrywając ją odblaskową powierzchnią, taką jak aluminium. Źródło: Sebastian Rabin, Instytut Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka

W czasopiśmie Optica Publishing Group optyka stosowanaRabih poinformował o udanej produkcji prototypów parabolicznych luster filmowych o średnicy do 30 cm. Zwierciadła te, które można powiększyć do wymaganych rozmiarów w teleskopach kosmicznych, zostały utworzone za pomocą chemicznego osadzania z fazy gazowej w celu wyhodowania luster membranowych na obracającym się płynie wewnątrz komory próżniowej. Opracował również metodę wykorzystującą ciepło do adaptacyjnego korygowania defektów, które mogą wystąpić po ekspozycji lustra.

„Chociaż ta praca tylko wykazała wykonalność metod, kładzie podwaliny pod duże, łatwe do spakowania systemy luster, które są tańsze” – powiedział Rabian. „Może sprawić, że lekkie lustra o średnicy 15 lub 20 metrów staną się rzeczywistością, umożliwiając teleskopom kosmicznym, które są o rząd wielkości bardziej czułe niż obecnie stosowane lub planowane”.

Zastosowanie starego procesu w nowy sposób

Nowa metoda została opracowana podczas[{” attribute=””>COVID-19 pandemic, which Rabien says gave him some extra time to think and try out new concepts. “In a long series of tests, we researched many liquids to find out their usability for the process, investigated how the polymer growth can be carried out homogeneously, and worked to optimize the process,” he said.

For chemical vapor deposition, a precursor material is evaporated and thermally split into monomeric molecules. Those molecules deposit on the surfaces in a vacuum chamber and then combine to form a polymer. This process is commonly used to apply coatings such as the ones that make electronics water-resistant, but this is the first time it has been used to create parabolic membrane mirrors with the optical qualities necessary for use in telescopes.

Flexible Membrane Mirror

Membrane mirrors made using the new technique are flexible enough to be rolled up. This could be helpful for storing the mirrors inside of a launch vehicle. Credit: Sebastian Rabien, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics

To create the precise shape necessary for a telescope mirror, the researchers added a rotating container filled with a small amount of liquid to the inside of the vacuum chamber. The liquid forms a perfect parabolic shape onto which the polymer can grow, forming the mirror base. When the polymer is thick enough, a reflective metal layer is applied to the top via evaporation and the liquid is washed away.

“It has long been known that rotating liquids that are aligned with the local gravitational axis will naturally form a paraboloid surface shape,” said Rabien. “Utilizing this basic physics phenomenon, we deposited a polymer onto this perfect optical surface, which formed a parabolic thin membrane that can be used as the primary mirror of a telescope once coated with a reflecting surface such as aluminum.”

Although other groups have created thin membranes for similar purposes, these mirrors are typically shaped using a high-quality optical mold. Using a liquid to form the shape is much more affordable and can be more easily scaled up to large sizes.

Reshaping a folded mirror

The thin and lightweight mirror created using this technique can easily be folded or rolled up during the trip to space. However, it would be nearly impossible to get it back to the perfect parabolic shape after unpacking. To reshape the membrane mirror, the researchers developed a thermal method that uses a localized temperature change created with light to enable adaptive shape control that can bring the thin membrane into the desired optical shape.

The researchers tested their approach by creating 30-cm diameter membrane mirrors in a vacuum deposition chamber. After much trial and error, they were able to produce high-quality mirrors with a surface shape suitable for telescopes. They also showed that their thermal radiative adaptive shaping method worked well, as demonstrated with an array of radiators and illumination from a digital light projector.

The new membrane-based mirrors could also be used in adaptive optics systems. Adaptive optics can improve the performance of optical systems by using a deformable mirror to compensate for distortion in incoming light. Because the surface of the new membrane mirrors is deformable, these mirrors could be shaped with electrostatic actuators to create deformable mirrors that are less expensive to make than those created with conventional methods.

Next, the researchers plan to apply more sophisticated adaptive control to study how well the final surface can be shaped and how much of an initial distortion can be tolerated. They also plan to create a meter-sized deposition chamber to better study the surface structure and packaging and unfolding processes for a large-scale primary mirror.

Reference: “Adaptive parabolic membrane mirrors for large deployable space telescopes” by Sebastian Rabien, 4 April 2023, Applied Optics.
DOI: 10.1364/AO.487262

READ  Awarie sondy Marsa NASA, najnowsza próbka skały (zdjęcia)