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Flexible Spiegel zum Aufrollen für Weltraumteleskope
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik
astronews.com
6. April 2023
Während der COVID-19-Pandemie hat ein Team eine neue Methode
zur Herstellung und Anpassung großer optischer Spiegel entwickelt, die viel
dünner sind als herkömmliche Spiegel für Weltraumteleskope. Die so entstandenen
Spiegel sind so flexibel, dass sie aufgerollt und kompakt in einer Trägerrakete
verstaut werden könnten. Dies könnte größere Spiegel im All ermöglichen.
Die mit der neuen Technik hergestellten
Membranspiegel sind flexibel genug, um aufgerollt zu werden.
Dies könnte helfen, auch große Spiegel in einer Trägerrakete
unterzubringen. Foto:
Sebastian Rabien, MPE [Großansicht] |
"Der Start und die Inbetriebnahme von Teleskopen im All ist ein kompliziertes
und kostspieliges Verfahren", erklärt Sebastian Rabien vom Max-Planck-Instituts
für extraterrestrische Physik (MPE). "Dieser neue Ansatz – der sich stark von
den üblichen Verfahren zur Herstellung und zum Polieren von Spiegeln
unterscheidet – könnte dazu beitragen, die Probleme in Bezug auf Gewicht und
Volumen der Nutzlast zu lösen." Damit könnten viel größere und damit
empfindlichere Teleskope in eine Umlaufbahn gebracht werden.
Das neue Verfahren wurde während der COVID-19-Pandemie entwickelt, die Rabien
nach eigenen Angaben Zeit zum Nachdenken und Ausprobieren neuer Konzepte
ermöglichte. Die neue Technik: Die Spiegel wachsen, durch chemische
Dampfphasenabscheidung auf einer rotierenden Flüssigkeit in einer Vakuumkammer.
Prototypen derartiger Membranspiegel in Parabelform mit einem Durchmesser von
bis zu 30 cm wurden erfolgreich hergestellt und somit die Machbarkeit der
Methode demonstriert. "Damit wurde die Grundlage für größere, verformbare
Spiegelsysteme geschaffen, die weniger teuer sind als üblich", so Rabien.
Für die Abscheidung werden monomere Moleküle erzeugt, die sich in einer
Vakuumkammer auf der Oberfläche ablagern und zu einem Polymer verbinden. Dieses
Verfahren, das üblicherweise zum Aufbringen von Beschichtungen verwendet wird,
um z. B. Elektronik wasserfest zu machen, wurde nun erstmals eingesetzt, um
Membranspiegel in Parabelform mit den für den Einsatz in Teleskopen
erforderlichen optischen Eigenschaften herzustellen. Der Clou: ein rotierender
Behälter, der mit etwas Flüssigkeit gefüllt ist. Durch die Rotation bildet sich
eine perfekte Parabelform – damit ist "Vorlage" erschwinglich und leicht kann
auf Großformate skaliert werden. Sobald das Polymer dick genug ist, wird auf der
Oberseite eine reflektierende Metallschicht aufgebracht und die Flüssigkeit
abgewaschen.
Der so hergestellte dünne und leichte Spiegel kann für die Reise ins All
einfach gepackt oder aufgerollt werden. Um die hohen Anforderungen an die
Oberfläche eines optischen Spiegels zu erreichen ist nach dem Ausrollen eine
aktive Verformung des Spiegels nötig. Die Forscher entwickelten daher eine
adaptive Methode, um die Form basierend auf einer lokalisierten
Temperaturänderung zu kontrollieren. Die Temperatur wird dabei durch eine
räumlich variable Lichtprojektion gesteuert.
Als Nächstes wollen die Forscher die adaptive Steuerung noch weiter
verfeinern, um herauszufinden, wie gut die endgültige Oberfläche angepasst
werden kann und welches Maß an Verformung tolerierbar ist. Im Weiteren kann der
Schritt zu größeren Beschichtungskammern, in der Spiegel mit deutlich größeren
Durchmessern gefertigt werden können den Weg zu einsatzfähigen Systemen ebnen.
Damit können Oberflächenstruktur sowie der Prozess zur Verformung und Entfaltung
für einen großen Primärspiegel besser untersucht werden.
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