Nieuwe membraanspiegels voor grote ruimtetelescopen

Onderzoekers van Optica (Advancing Optics and Photonics Worldwide) hebben een nieuwe manier ontwikkeld om grote spiegels te produceren voor telescopen die in de ruimte worden ingezet. Ze zijn niet alleen veel dunner dan de spiegels die voorheen werden gebruikt, maar ook flexibel genoeg om compact te worden opgerold in een lanceervoertuig, aldus de organisatie in een persbericht.

“Het lanceren en opstellen van ruimtetelescopen is een ingewikkelde en dure procedure,” aldus Sebastian Rabien van het Max Planck Instituut voor Buitenaardse Fysica in Duitsland. “Deze nieuwe aanpak – die sterk verschilt van de gebruikelijke procedures voor het produceren en polijsten van spiegels – kan helpen bij het oplossen van gewichts- en verpakkingsproblemen voor telescoopspiegels, waardoor veel grotere en dus gevoeligere telescopen in een baan om de aarde kunnen worden gebracht.”

Driehoek of dubbele L? De Einstein-telescoop kan in twee delen worden opgesplitst

Het Einstein Telescope (ET) project wordt mogelijk in twee delen gesplitst, één gebouwd in het zuiden van Nederland en één op Sardinië, Italië.

De technische kant van de zaak

Rabien en zijn team ontwikkelden prototypes van parabolische membraanspiegels met een diameter tot dertig centimeter. Deze spiegels zijn gemaakt door middel van chemische dampdepositie om membraanspiegels te laten groeien op een roterende vloeistof in een vacuümkamer. De onderzoekers ontwikkelden ook een methode waarbij warmte wordt gebruikt om onvolkomenheden die kunnen optreden nadat de spiegel is uitgevouwen, adaptief te corrigeren.

“Hoewel dit werk alleen de haalbaarheid van de methoden heeft aangetoond, legt het de basis voor grotere inpakbare spiegelsystemen die minder duur zijn,” aldus Rabien. “Het zou lichtgewicht spiegels van vijftien tot twintig meter in diameter tot werkelijkheid kunnen maken, waardoor ruimtetelescopen mogelijk worden die ordes van grootte gevoeliger zijn dan de spiegels die momenteel in gebruik of gepland zijn.”

Een oud proces op een nieuwe manier toepassen

De nieuwe methode werd ontwikkeld tijdens de COVID-19 pandemie, die Rabien extra tijd gaf om na te denken en nieuwe concepten uit te proberen. “In een lange reeks tests onderzochten we vele vloeistoffen om hun bruikbaarheid voor het proces te achterhalen, onderzochten we hoe de polymeergroei homogeen kan worden uitgevoerd en werkten we aan de optimalisering van het proces.”

Om de precieze vorm te creëren die nodig is voor een telescoopspiegel, voegden de onderzoekers een roterende container gevuld met een kleine hoeveelheid vloeistof toe aan de binnenkant van de vacuümkamer. De vloeistof vormt een perfecte parabolische vorm waarop het polymeer kan groeien en zo de spiegelbasis vormt. Wanneer het polymeer dik genoeg is, wordt via verdamping een reflecterende metaallaag op de bovenkant aangebracht en wordt de vloeistof weggespoeld.

The Space Week bewijst het grote belang van ruimtevaart voor maatschappij en ondernemers

Wie het programma van The Space Week tot zich neemt, ontkomt bijna niet aan een gevoel van overweldiging.

Een gevouwen spiegel opnieuw vormen

De dunne en lichte spiegel die met deze techniek is gemaakt, kan tijdens de ruimtereis gemakkelijk worden opgevouwen of opgerold. Het zou echter bijna onmogelijk zijn om hem na het uitpakken weer in de perfecte parabolische vorm te krijgen. Om de membraanspiegel een nieuwe vorm te geven, ontwikkelden de onderzoekers een thermische methode die gebruik maakt van een gelokaliseerde temperatuurverandering met licht om een adaptieve vormcontrole mogelijk te maken die het dunne membraan in de gewenste optische vorm kan brengen.