Игра

Оптика, 13 мая 2023 г.

Исследователи разработали новый способ изготовления зеркал телескопов, который позволит размещать на орбите гораздо более крупные и, следовательно, более чувствительные телескопы. Фото: Себастьян Рабьен, Институт внеземной физики Макса Планка.

Зеркала, которые одновременно легкие и гибкие, можно компактно свернуть перед запуском, а затем точно изменить форму после развертывания.

Ученые разработали новый метод производства и формирования больших высококачественных зеркал, значительно тоньше, чем основные зеркала, традиционно используемые в космических телескопах. Полученные в результате зеркала обладают достаточной гибкостью, чтобы их можно было свернуть и эффективно упаковать в космический корабль во время запуска.

«Запуск и развертывание космических телескопов — сложная и дорогостоящая процедура», — сказал Себастьян Рабьен из Института внеземной физики Макса Планка в Германии. «Этот новый подход, который сильно отличается от типичных процедур производства и полировки зеркал, может помочь решить проблемы веса и упаковки зеркал телескопов, что позволит размещать на орбите гораздо более крупные и, следовательно, более чувствительные телескопы».

Исследователи создали зеркала, используя химическое осаждение из паровой фазы для выращивания мембранных зеркал на вращающейся жидкости внутри вакуумной камеры. Это позволило им сформировать параболическую тонкую мембрану, которую можно использовать в качестве главного зеркала телескопа, когда она будет покрыта отражающей поверхностью, например алюминием. Фото: Себастьян Рабьен, Институт внеземной физики Макса Планка.

В журнале Applied Optics издательства Optica Publishing Group Рабьен сообщает об успешном изготовлении прототипов параболических мембранных зеркал диаметром до 30 см. Эти зеркала, которые можно было масштабировать до размеров, необходимых для космических телескопов, были созданы с помощью химического осаждения из паровой фазы для выращивания мембранных зеркал на вращающейся жидкости внутри вакуумной камеры. Он также разработал метод, использующий тепло для адаптивного исправления дефектов, которые могут возникнуть после того, как зеркало развернуто.

«Хотя эта работа лишь продемонстрировала осуществимость методов, она закладывает основу для более крупных и менее дорогих компактных зеркальных систем», — сказал Рабьен. «Это может сделать реальностью легкие зеркала диаметром 15 или 20 метров, что позволит космическим телескопам стать на несколько порядков более чувствительными, чем те, которые сейчас развернуты или планируются».

Новый метод был разработан во время пандемии COVID-19, что, по словам Рабьена, дало ему дополнительное время для размышлений и опробования новых концепций. «В ходе длинной серии испытаний мы исследовали множество жидкостей, чтобы выяснить их пригодность для данного процесса, исследовали, как можно осуществлять гомогенный рост полимера, и работали над оптимизацией процесса», — сказал он.

При химическом осаждении из паровой фазы материал-прекурсор испаряется и термически расщепляется на мономерные молекулы. Эти молекулы осаждаются на поверхности в вакуумной камере, а затем объединяются, образуя полимер. Этот процесс обычно используется для нанесения покрытий, например тех, которые делают электронику водостойкой, но впервые он был использован для создания параболических мембранных зеркал с оптическими качествами, необходимыми для использования в телескопах.

Мембранные зеркала, изготовленные по новой технологии, достаточно гибкие, чтобы их можно было свернуть. Это может быть полезно для хранения зеркал внутри ракеты-носителя. Фото: Себастьян Рабьен, Институт внеземной физики Макса Планка.

Чтобы создать точную форму, необходимую для зеркала телескопа, исследователи добавили внутрь вакуумной камеры вращающийся контейнер, наполненный небольшим количеством жидкости. Жидкость образует идеальную параболическую форму, на которую может расти полимер, образуя основу зеркала. Когда полимер становится достаточно толстым, сверху путем испарения наносится отражающий металлический слой, а жидкость смывается.

«Давно известно, что вращающиеся жидкости, ориентированные вдоль местной гравитационной оси, естественным образом образуют параболоидную форму поверхности», — сказал Рабьен. «Используя это основное физическое явление, мы нанесли полимер на эту идеальную оптическую поверхность, которая образовала параболическую тонкую мембрану, которую можно использовать в качестве главного зеркала телескопа, когда она будет покрыта отражающей поверхностью, такой как алюминий».