Studiuesit shpikin pasqyra të reja membranore për teleskopë të mëdhenj me bazë hapësinore

Studiuesit kanë zhvilluar një mënyrë të re për të prodhuar dhe formësuar pasqyra të mëdha, me cilësi të lartë që janë shumë më të holla se pasqyrat kryesore të përdorura më parë për teleskopët e vendosur në hapësirë. Pasqyrat që rezultojnë janë mjaft fleksibël për t’u mbështjellë dhe ruajtur në mënyrë kompakte brenda një mjeti lëshues.

“Lansimi dhe vendosja e teleskopëve hapësinorë është një procedurë e komplikuar dhe e kushtueshme”, tha Sebastian Rabien nga Instituti Max Planck për Fizikën Jashtëtokësore në Gjermani. “Kjo qasje e re – e cila është shumë e ndryshme nga procedurat tipike të prodhimit dhe lustrimit të pasqyrave – mund të ndihmojë në zgjidhjen e çështjeve të peshës dhe paketimit për pasqyrat e teleskopëve, duke mundësuar vendosjen në orbitë të teleskopëve shumë më të mëdhenj dhe kështu më të ndjeshëm.”

Në revistën Applied Optics, Rabien raporton fabrikimin e suksesshëm të prototipeve të pasqyrës së membranës parabolike deri në 30 cm në diametër. Këto pasqyra, të cilat mund të shkallëzoheshin deri në madhësitë e nevojshme në teleskopët hapësinorë, u krijuan duke përdorur depozitimin e avullit kimik për të rritur pasqyrat membranore në një lëng rrotullues brenda një dhome vakum. Ai gjithashtu zhvilloi një metodë që përdor nxehtësinë për të korrigjuar në mënyrë adaptive papërsosmëritë që mund të ndodhin pasi pasqyra të shpaloset.

“Megjithëse kjo punë demonstroi vetëm realizueshmërinë e metodave, ajo hedh bazat për sisteme më të mëdha pasqyre të paketueshme që janë më pak të kushtueshme,” tha Rabien. “Ai mund të bëjë realitet pasqyra të lehta me diametër 15 ose 20 metra, duke mundësuar teleskopët me bazë hapësinore që janë më të ndjeshëm se sa ato që aktualisht janë vendosur ose janë planifikuar.”

Metoda e re u zhvillua gjatë pandemisë COVID-19, për të cilën Rabien thotë se i dha pak kohë shtesë për të menduar dhe provuar koncepte të reja. “Në një seri të gjatë testesh, ne hulumtuam shumë lëngje për të gjetur përdorshmërinë e tyre për procesin, hetuam se si rritja e polimerit mund të kryhet në mënyrë homogjene dhe punuam për të optimizuar procesin,” tha ai.

Për depozitimin e avullit kimik, një material pararendës avullohet dhe ndahet termikisht në molekula monomerike. Këto molekula depozitohen në sipërfaqe në një dhomë vakum dhe më pas kombinohen për të formuar një polimer. Ky proces përdoret zakonisht për të aplikuar veshje të tilla si ato që e bëjnë elektronikën rezistente ndaj ujit, por kjo është hera e parë që përdoret për të krijuar pasqyra membranore parabolike me cilësitë optike të nevojshme për përdorim në teleskopë.

Për të krijuar formën e saktë të nevojshme për një pasqyrë teleskopi, studiuesit shtuan një enë rrotulluese të mbushur me një sasi të vogël lëngu në brendësi të dhomës së vakumit. Lëngu formon një formë të përsosur parabolike mbi të cilën polimeri mund të rritet, duke formuar bazën e pasqyrës. Kur polimeri është mjaft i trashë, një shtresë metalike reflektuese aplikohet në majë përmes avullimit dhe lëngu lahet.

“Ka kohë që dihet se lëngjet rrotulluese që janë në linjë me boshtin lokal gravitacional do të formojnë natyrshëm një formë sipërfaqësore paraboloid”, tha Rabien. “Duke shfrytëzuar këtë fenomen bazë të fizikës, ne depozituam një polimer në këtë sipërfaqe optike perfekte, e cila formoi një membranë të hollë parabolike që mund të përdoret si pasqyra kryesore e një teleskopi dikur të veshur me një sipërfaqe reflektuese si alumini.”

Megjithëse grupe të tjera kanë krijuar membrana të holla për qëllime të ngjashme, këto pasqyra zakonisht formohen duke përdorur një kallëp optik me cilësi të lartë. Përdorimi i një lëngu për të formuar formën është shumë më i përballueshëm dhe mund të shkallëzohet më lehtë deri në madhësi të mëdha.

Pasqyra e hollë dhe e lehtë e krijuar duke përdorur këtë teknikë mund të paloset ose rrotullohet lehtësisht gjatë udhëtimit në hapësirë. Megjithatë, do të ishte pothuajse e pamundur të kthehej në formën e përsosur parabolike pas shpaketimit. Për të riformuar pasqyrën e membranës, studiuesit zhvilluan një metodë termike që përdor një ndryshim të lokalizuar të temperaturës të krijuar me dritë për të mundësuar kontrollin adaptiv të formës që mund ta sjellë membranën e hollë në formën e dëshiruar optike.

Studiuesit testuan qasjen e tyre duke krijuar pasqyra membranore me diametër 30 cm në një dhomë depozitimi me vakum. Pas shumë provash dhe gabimesh, ata ishin në gjendje të prodhonin pasqyra me cilësi të lartë me një formë sipërfaqe të përshtatshme për teleskopë. Ata treguan gjithashtu se metoda e tyre e formësimit adaptiv me rreze termike funksionoi mirë, siç tregohet me një sërë radiatorësh dhe ndriçim nga një projektor dixhital me dritë.

Pasqyrat e reja të bazuara në membranë mund të përdoren gjithashtu në sistemet optike adaptive. Optika adaptive mund të përmirësojë performancën e sistemeve optike duke përdorur një pasqyrë të deformueshme për të kompensuar shtrembërimin në dritën hyrëse. Për shkak se sipërfaqja e pasqyrave të reja të membranës është e deformueshme, këto pasqyra mund të formohen me aktivizues elektrostatikë për të krijuar pasqyra të deformueshme që janë më pak të kushtueshme për t’u bërë sesa ato të krijuara me metoda konvencionale.

Më pas, studiuesit planifikojnë të aplikojnë një kontroll më të sofistikuar adaptiv për të studiuar se sa mirë mund të formohet sipërfaqja përfundimtare dhe sa mund të tolerohet një shtrembërim fillestar. Ata gjithashtu planifikojnë të krijojnë një dhomë depozitimi me madhësi metër për të studiuar më mirë strukturën e sipërfaqes dhe proceset e paketimit dhe shpalosjes për një pasqyrë parësore në shkallë të gjerë.