Illustrasjon av det nåværende Fluidic Telescopes (FLUTEs) konsept for et neste generasjons stort romobservatorium. Romteleskopets speil ville bli skapt i verdensrommet fra flytende materialer og ville være omtrent 164 fot (50 meter) i diameter – halvparten så langt som en fotballbane. Optikken ville bli formet av den naturlige overflatespenningskraften som utøves av væsker. Kreditt: NASA
Prosjektteamet for Fluidic Telescope (FLUTE), ledet i fellesskap av NASA og Technion-Israel Institute of Technology, ser for seg en måte å lage enorme sirkulære selvhelbredende speil i bane for å fremme astronomifeltet. Større teleskoper samler mer lys, og de lar astronomer se lenger ut i verdensrommet og se fjerne objekter i større detalj.
Disse neste generasjons store romobservatoriene ville studere de høyest prioriterte astrofysiske målene, inkludert førstegenerasjonsstjerner – de første som skinner og flammer ut etter Big Bang – tidlige galakser og jordlignende eksoplaneter. Disse observatoriene kan bidra til å ta opp et av menneskehetens viktigste vitenskapelige spørsmål: “Er vi alene i universet?”
Som en håndbagasjekoffert, må nyttelast som skytes ut i rommet holde seg innenfor tillatte størrelses- og vektgrenser for å fly. Det toppmoderne James Webb-romteleskopet på 21 fot (6,5 meter) har allerede presset størrelsesgrensene, og måtte foldes sammen i origami-stil – inkludert selve speilet – for å passe inn i raketten for å kunne reise til verdensrommet. Blenderåpningen til et optisk romobservatorium refererer til størrelsen på teleskopets primærspeil, overflaten som samler inn og fokuserer innkommende lys.
Blenderåpningen for romobservatoriet som FLUTE-forskere ser for seg under det nåværende konseptet vil være omtrent 164 fot (50 meter) i diameter – halvparten så lang som en fotballbane.
Konvensjonell teknologi for å lage optiske komponenter for teleskoper er bokstavelig talt en grind. Det involverer en iterativ prosess med sliping og polering av faste materialer, som glass eller metall, for å forme de nøyaktige buede overflatene til linser og speil som trengs. Ved å bruke dagens teknologier ser det ikke ut til at det er økonomisk lønnsomt å skalere opp romteleskoper til åpninger større enn omtrent 10 meter i diameter.
FLUTEs nye kostnadseffektive teknologitilnærming drar derimot fordel av måten væsker naturlig oppfører seg på i mikrogravitasjon.
Alle væsker har en elastisk-lignende kraft som holder dem sammen på overflaten. Denne kraften kalles overflatespenning. Det er det som lar noen insekter gli over vann uten å synke og gir vanndråper form.
Eytan Stibbe ombord på den internasjonale romstasjonen under Axiom-1 (AX-1)-oppdraget i april 2022, vist her med hendene i livsvitenskapens hanskerom, eller LSG, og utfører Fluidic Space Optics-eksperimentet til Technion og NASA. Under eksperimentet injiserte Stibbe flytende polymerer i sirkulære rammer for å danne linser. Deretter behandlet han linsene for å herde dem for senere studier på jorden. Kreditt: Axiom/NASA/Technion
På jorden, når vanndråpene er små nok – 0,08 tommer (2 millimeter) eller mindre – overvinner overflatespenningen tyngdekraften, og de forblir perfekt sfæriske, omtrent som dråper av morgendugg som perler inn i små kuler på planteblader. Hvis en dråpe blir mye større, blir den klemt under sin egen vekt. Men i verdensrommet, hvor væsker er frittflytende, uhindret av tyngdekraften, antar selv store mengder væsker den mest mulig energieffektive formen, en perfekt sfære.
Væsker kan feste seg til overflater på grunn av en fysisk egenskap som kalles vedheft. I mikrogravitasjon, hvis en tilstrekkelig mengde væske er laget for å feste seg til den indre overflaten av en sirkulær, ringlignende ramme, vil væsken strekke seg over innsiden av rammen og naturlig danne en buet form – kalt en sfærisk seksjon – takket være overflatespenning.
Ved å bruke riktig volum væske er det mulig å få overflaten til væsken til å krumme seg innover i stedet for å bule utover. Hvis væsken er reflekterende, kan den innover buede overflaten tjene som et teleskopspeil.
FLUTE ville lansere væsker til verdensrommet som råmaterialet for å lage optiske komponenter i bane. Det primære speilet vil dannes innenfor en enorm sirkulær ramme og forbli i flytende tilstand med en ekstremt glatt overflate for å samle lys. FLUTEs teknologitilnærming er teoretisk i stand til å skalere opp til svært store størrelser. Teknologien kan potensielt muliggjøre teleskoper med blenderåpninger som måler 10 ganger – eller til og med 100 ganger – større enn teleskoper til dags dato.
En unik egenskap ved det flytende speilet vil være dets evne til å reparere seg selv hvis det blir skadet i rommet. For eksempel, hvis en mikrometeoritt treffer speilets overflate, vil den naturlig helbrede seg selv i løpet av kort tid.
FLUTE-teamet har utført småskala-eksperimenter med å forme linser fra væsker i forskjellige miljøer: Først ved å bruke nøytrale oppdriftsrom analoge forhold i et bakkelaboratorium og deretter i en serie parabolske mikrogravitasjonsflyvninger og ombord på den internasjonale romstasjonen.
Med støtte fra en NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) Fase I-pris, jobber teamet med å analysere alternativer for nøkkelkomponentene i et fluidteleskopobservatorium, videreutvikle oppdragskonseptet og lage en innledende plan for en underskala demonstrasjon av et lite romfartøy i lav bane rundt jorden.
Milepæler:
Desember 2021: FLUTE-teamet gjennomførte parabolske flytester ombord på Zero Gravity Corporations G-FORCE ONE, et modifisert fly som gir korte perioder med mikrogravitasjon for å muliggjøre teknologievaluering. Eksperimentet testet dannelsen av frittstående flytende linser fra syntetiske oljer med forskjellig viskositet.April 2022: Axiom-1-astronaut Eytan Stibbe gjennomførte et mikrogravitasjonseksperiment ombord på romstasjonen. Eksperimentet brukte flytende polymerer for å danne linser som ble herdet i bane og returnert til jorden for analyse. Et ekstra pedagogisk eksperiment ble også utført, hvor en stor linse – som forble i flytende tilstand – ble dannet ved bruk av vanlig vann. November 2022: FLUTE-teamet gjennomførte parabolske flytester ombord på Zero Gravity Corporations G-FORCE ONE. Dette settet med eksperimenter fokuserte på å lage flytende speil i stedet for linser, noe som ble gjort ved bruk av ioniske væsker og en legering av gallium. Gallium er et ikke-giftig, svært reflekterende metall som har en svært lav smeltetemperatur. Rent gallium smelter ved omtrent 85 grader Fahrenheit, noe som betyr at du kan smelte et stykke gallium ved å bare holde det i hånden. Januar 2023: FLUTE ble valgt av NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)-programmet for en fase I-studie.
Sitering: Hva er Fluidic Telescope? (2023, 28. april) hentet 29. april 2023 fra https://phys.org/news/2023-04-fluidic-telescope.html
Dette dokumentet er underlagt opphavsrett. Bortsett fra enhver rettferdig handel med formålet med private studier eller forskning, kan ingen del reproduseres uten skriftlig tillatelse. Innholdet er kun gitt til informasjonsformål.