Команда проекта Fluidic Telescope (FLUTE), совместно возглавляемая НАСА и Израильским технологическим институтом Технион, предлагает способ создания на орбите огромных круглых самовосстанавливающихся зеркал для дальнейшего развития астрономии. Большие телескопы собирают больше света, и они позволяют астрономам заглянуть дальше в космос и увидеть удалённые объекты более подробно.
Эти большие космические обсерватории следующего поколения будут изучать самые приоритетные астрофизические цели, в том числе звёзды первого поколения – первые, которые засияли и погасли после Большого взрыва, – ранние галактики и экзопланеты, похожие на Землю. Эти обсерватории могли бы помочь ответить на один из самых важных научных вопросов человечества: “одиноки ли мы во Вселенной?”
Как и ручная кладь, полезная нагрузка, запускаемая в космос, должна оставаться в допустимых пределах по размеру и весу. Современный космический телескоп Джеймса Уэбба с апертурой 6,5 метра необходимо было сложить в стиле оригами, включая само зеркало, чтобы он поместился внутри ракеты для полёта в космос. Апертура оптической космической обсерватории относится к размеру главного зеркала телескопа, поверхности, которая собирает и фокусирует входящий свет.
Отверстие для космической обсерватории, предусмотренное исследователями FLUTE в соответствии с нынешней концепцией, будет иметь диаметр примерно 50 метров – половину длины футбольного поля.
Традиционная технология изготовления оптических компонентов для телескопов буквально утомительна. Она включает в себя повторяющийся процесс шлифовки и полировки твёрдых материалов, таких как стекло или металл, для придания необходимой точной изогнутой поверхности линзам и зеркалам. Используя современные технологии, увеличение апертуры космических телескопов до диаметра более 10 метров не представляется экономически целесообразным.
Напротив, новый экономичный технологический подход FLUTE использует преимущества естественного поведения жидкостей в условиях микрогравитации.
Все жидкости обладают упругой силой, удерживающей их вместе на поверхности. Эта сила называется поверхностным натяжением. Это то, что позволяет некоторым насекомым скользить по воде, не тонув, и придаёт каплям воды их форму.
На Земле, когда капли воды достаточно малы – 2 миллиметра или меньше – поверхностное натяжение преодолевает гравитацию, и они остаются идеально сферическими, как капельки утренней росы, собирающиеся в крошечные шарики на листьях растений. Если капля становится намного больше, она сжимается под собственным весом. Но в космосе, где жидкости свободно плавают, не сдерживаемые гравитацией, даже большие объёмы жидкости принимают наиболее энергоэффективную из возможных форму – идеальную сферу.
Жидкости могут прилипать к поверхностям благодаря физическому свойству, называемому адгезией. В условиях микрогравитации, если ко внутренней поверхности круглого кольцеобразного каркаса прилипает достаточное количество жидкости, жидкость будет растягиваться внутри каркаса и естественным образом формировать изогнутую форму, называемую сферическим сечением, благодаря поверхностному натяжению.
Используя правильный объём жидкости, можно заставить поверхность жидкости изгибаться внутрь, а не выпячиваться наружу. Если жидкость обладает отражающими свойствами, эта изогнутая внутрь поверхность может служить зеркалом телескопа.
FLUTE будет запускать жидкости в космос в качестве сырья для изготовления оптических компонентов на орбите. Главное зеркало будет формироваться внутри огромной круглой рамы и оставаться в жидком состоянии с чрезвычайно гладкой поверхностью для сбора света. Технологический подход FLUTE теоретически может масштабироваться до очень больших размеров. Эта технология потенциально может позволить создавать телескопы с апертурой в 10 или даже в 100 раз больше, чем у современных телескопов.
Уникальной особенностью жидкого зеркала будет его способность к самовосстановлению в случае повреждения в космосе. Например, если микрометеорит упадёт на поверхность зеркала, оно естественным образом восстановится в течение короткого периода времени.
Команда FLUTE провела небольшие эксперименты по формованию линз из жидкостей в различных средах: сначала в условиях нейтральной плавучести в наземной лаборатории, а затем в серии параболических полётов в условиях микрогравитации и на борту Международной космической станции.
При поддержке инициативы NIAC (НАСА) команда работает над анализом вариантов ключевых компонентов обсерватории с жидкостным телескопом, дальнейшей разработкой концепции миссии и созданием первоначального плана для маломасштабной демонстрации малой космической обсерватории на низкой околоземной орбите.