Une nouvelle membrane pourrait conduire à des télescopes spatiaux à miroirs flexibles !

le Télescope spatial James Webb JWST est le télescope le plus puissant et le plus avancé jamais construit. Ils sont également les plus chers, en raison de la complexité de leur conception et des tests rigoureux qu’ils impliquent. Pour s’assurer que le télescope puisse tenir dans la largeur de la charge utile, les ingénieurs de la NASA ont conçu le JWST pour qu’il se plie (style origami) et se déplie une fois qu’il atteint l’espace. Il n’est pas étonnant que les astronomes et les astrophysiciens espèrent développer des matériaux flexibles et légers qui peuvent conserver une forme parfaite et se plier pour s’adapter de manière compacte à l’intérieur d’un lanceur.

Cela a le potentiel de réduire la taille et la masse des télescopes spatiaux et la complexité de leurs conceptions, réduisant ainsi les coûts de lancement. Pendant la pandémie de COVID, les chercheurs de Institut Max Planck de physique extraterrestre (MPE) Une nouvelle méthode de production et de mise en forme de miroirs à film parabolique de haute qualité. Jusqu’à présent, l’équipe MPE a construit des prototypes jusqu’à 30 cm (12 po) de diamètre qui sont beaucoup plus minces et plus flexibles que les miroirs conventionnels. À long terme, cette méthode peut réduire considérablement le coût de fabrication et de déploiement des télescopes spatiaux.

Cette méthode tire parti d’une nouvelle technologie connue sous le nom de dépôt chimique en phase vapeur (CVD), qui est couramment utilisée pour appliquer des revêtements sur des matériaux. Ces dernières années, le CVD s’est également révélé très prometteur lorsqu’il s’agit de fabriquer des matériaux de qualité supérieure tels que des rubans de graphène, des batteries nucléaires miniatures et des diamants. Le Dr Sébastien Rabian et ses collègues de MPE ont adapté une méthode CVD dans laquelle des particules monomères sont déposées à l’intérieur d’une chambre à vide, où elles se combinent pour former un polymère.

La clé du processus est un récipient rempli de liquide qui tourne, amenant le liquide à former une parabole qui fournit le « moule » pour la formation de la membrane. Lorsque le polymère est suffisamment épais, un revêtement réfléchissant métallique est appliqué sur le dessus et le liquide est éliminé. C’est la première fois que le procédé est utilisé pour créer des miroirs à film parabolique avec les qualités optiques nécessaires à l’astronomie. Cette méthode est rentable et peut être facilement étendue pour créer des lentilles de plusieurs mètres (dizaines de pieds) de diamètre.

Les premiers prototypes qu’ils ont créés ont démontré la faisabilité de cette méthode et jeté les bases de la production de miroirs plus grands et remplissables. Comme l’a dit le Dr Rabin, qui se spécialise dans l’astronomie infrarouge, dans un récent rapport sur Astromedicine communiqué de presse:

Lancer et déployer des télescopes spatiaux est une procédure complexe et coûteuse. Cette nouvelle approche, assez différente des procédures typiques de production et de polissage des miroirs, pourrait aider à résoudre les problèmes de poids et d’emballage des miroirs de télescope… elle jette les bases de systèmes de miroirs beaucoup plus grands et compressibles qui sont moins chers que d’habitude. « 

Le miroir mince et léger créé à l’aide de cette technologie peut facilement être plié ou tordu pour être lancé au sommet d’une fusée. Pour s’assurer que le miroir peut conserver sa forme parabolique après avoir été déplié dans l’espace, l’équipe a développé un contrôle de forme adaptatif qui utilise une projection de lumière spatialement variable. Lorsqu’elle est appliquée à un miroir, cette technologie provoque des changements de température localisés qui le font se plier et prendre la bonne forme. Outre les télescopes spatiaux, cette technologie pourrait également avoir des applications pour les observatoires de nouvelle génération ici sur Terre.

Dans les années à venir, plusieurs observatoires à miroirs primaires d’un diamètre de 30 mètres (près de 100 pieds) seront en opération. Ceux-ci incluent l’ESO Un très grand télescope (ELT), et Télescope géant de Magellan (GMT) f Télescope de trente mètres (TMT). Ces observatoires dépendront de Optique adaptative (AO), où les miroirs ajustent leur forme pour compenser les interférences atmosphériques. Cette nouvelle technologie peut être utilisée pour concevoir des miroirs très grands, légers, flexibles et moins chers à produire.

Les prochaines étapes pour l’équipe de recherche consisteront à développer un système de contrôle adaptatif plus complexe et à construire une chambre de sédimentation de la taille d’un mètre (3,3 pieds). Cela permettra un prototypage étendu et fournira un moyen de tester la qualité de la formation de la surface finale et la quantité de distorsion initiale que les miroirs peuvent supporter. Des prototypes plus grands permettront également à l’équipe d’étudier la structure de surface des proto-miroirs à grande échelle et leur degré d’ouverture.

Lecture complémentaire : MPE