Espejos flexibles para telescopios espaciales

espacio

Editorial del Portal de Innovación Tecnológica – 05/04/2023

Prototipo de espejo de membrana fabricado con la nueva técnica.
[Imagem: Sebastian Rabien/MPG/MPE]

espejos flexibles

Fabricar los espejos y enviarlos al espacio es uno de los mayores desafíos para hacer posibles telescopios espaciales como el James Webb, que necesitaba una estructura grande y compleja, en la que los espejos se plegaban y abrían en órbita.

Pero un investigador alemán acaba de idear una nueva técnica para producir y moldear espejos grandes y de alta calidad que son mucho más delgados que los espejos primarios que se usaban anteriormente para los telescopios desplegados en el espacio.

La gran diferencia es que los espejos son lo suficientemente flexibles como para enrollarlos y guardarlos de forma compacta dentro del cohete, lo que simplifica enormemente y abarata la misión.

«Lanzar y desplegar telescopios espaciales es un procedimiento complicado y costoso», dijo el profesor Sebastian Rabien del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Alemania. «Este nuevo enfoque, que es muy diferente de los procedimientos típicos de producción y pulido de espejos, podría ayudar a resolver los problemas de peso y empaque de los espejos de los telescopios, permitiendo que se coloquen en órbita telescopios mucho más grandes y, por lo tanto, más sensibles».

El espejo se crea en un molde líquido, que asume la forma deseada cuando gira a alta velocidad.
[Imagem: Sebastian Rabien/MPG/MPE]

molde de agua

Los espejos flexibles se crean mediante la técnica tradicional de deposición química de vapor, con la diferencia de que el lugar donde se deposita el vapor, en lugar de ser un sustrato sólido, es un líquido, que se mantiene girando dentro de una cámara de vacío.

Al girar, el líquido genera una forma parabólica perfecta, cuya profundidad se puede definir con precisión con solo controlar la velocidad de rotación. Como material precursor se utilizan monómeros, que forman polímeros a medida que se depositan sobre la capa líquida. Cuando la capa de polímero es lo suficientemente gruesa, se aplica una capa metálica para dar reflectividad al espejo.

Otros investigadores ya han creado membranas delgadas para fines similares, pero los espejos generalmente se moldean con un molde óptico de alta calidad. El uso de un líquido para la formación es mucho más asequible y se puede escalar más fácilmente a tamaños grandes.

Para probar su técnica, el investigador fabricó prototipos de espejos de membrana parabólica de hasta 30 cm de diámetro, pero señala que todo se puede agrandar para hacer espejos con los tamaños necesarios para los telescopios espaciales.

«Si bien este trabajo solo demuestra la viabilidad de los métodos, sienta las bases para sistemas de espejos empacables más grandes y más baratos», dijo. «Podría hacer realidad los espejos livianos de 15 o 20 metros de diámetro, lo que permitiría telescopios espaciales que serán órdenes de magnitud más sensibles que los actualmente desplegados o planificados».

Además de permitir grandes telescopios espaciales, la técnica del espejo de membrana también será útil para los telescopios terrestres.
[Imagem: Sebastian Rabien/MPG/MPE]

espejos de membrana

El espejo delgado y liviano creado con esta técnica se puede plegar o enrollar fácilmente para viajar por el espacio.

Sin embargo, es muy difícil recuperar su forma parabólica perfecta después de desenrollarlo. Para hacer esto, Rabien desarrolló un método térmico que utiliza un cambio de temperatura localizado, creado con luz, para permitir el control de la forma adaptativa, llevando la delgada membrana a la forma óptica deseada.

Pero él cree que hay margen de mejora con respecto a esta primera versión, y está desarrollando un control adaptativo más sofisticado para estudiar qué tan bien se puede dar forma a la superficie final y cuánta distorsión inicial se puede tolerar. También planea crear una cámara de deposición de un metro de diámetro, para estudiar mejor la estructura de la superficie y los procesos de empaquetamiento y despliegue de un espejo primario a gran escala.

Los nuevos espejos de membrana también podrían usarse en sistemas de óptica adaptativa, que mejoran el rendimiento de los sistemas ópticos mediante el uso de un espejo deformable para compensar la distorsión de la luz entrante. Al igual que la superficie de los nuevos espejos de membrana deformable, estos espejos pueden moldearse con actuadores electrostáticos para crear espejos deformables que serán menos costosos de fabricar que los creados con métodos convencionales.

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