Espelhos flexíveis para telescópios subirão ao espaço enrolados

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/04/2023

Protótipo do espelho de membrana fabricado usado a nova técnica.
[Imagem: Sebastian Rabien/MPG/MPE]

Espelhos flexíveis

Fabricar os espelhos e enviá-los para o espaço é um dos maiores desafios para viabilizar os telescópios espaciais, como o James Webb, que precisou de uma estrutura grande e complexa, na qual os espelhos subiram dobrados e só abriram em órbita.

Mas um pesquisador alemão acaba de idealizar uma nova técnica para produzir e moldar grandes espelhos de alta qualidade, que são muito mais finos do que os espelhos primários usados anteriormente para telescópios implantados no espaço.

A grande diferença é que os espelhos são flexíveis o suficiente para serem enrolados e armazenados de forma compacta dentro do foguete, simplificando e barateando muito a missão.

"Lançar e implantar telescópios espaciais é um procedimento complicado e caro," disse o professor Sebastian Rabien, do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, na Alemanha. "Esta nova abordagem - que é muito diferente dos procedimentos típicos de produção e polimento de espelhos - pode ajudar a resolver problemas de peso e empacotamento para espelhos de telescópios, permitindo que telescópios muito maiores e, portanto, mais sensíveis, sejam colocados em órbita."

O espelho é criado em um molde líquido, que assume o formato desejado ao girar em alta velocidade.
[Imagem: Sebastian Rabien/MPG/MPE]

Molde de água

Os espelhos flexíveis são criados usando a técnica tradicional de deposição de vapor químico, com a diferença de que o local onde o vapor é depositado, em vez de ser um substrato sólido, é um líquido, que é mantido girando dentro de uma câmara de vácuo.

Ao girar, o líquido gera um formato parabólico perfeito, cuja profundidade pode ser precisamente definida apenas controlando a velocidade de giro. Como material precursor são usados monômeros, que formam polímeros conforme se depositam sobre a camada de líquido. Quando a camada de polímero está grossa o bastante, é aplicada uma camada metálica para dar reflexividade ao espelho.

Outros pesquisadores já criaram membranas finas para fins semelhantes, mas os espelhos são normalmente moldados usando um molde óptico de alta qualidade. Usar um líquido para conformação é muito mais acessível e pode ser mais facilmente ampliado para tamanhos grandes.

Para testar sua técnica, o pesquisador fabricou protótipos de espelhos de membrana parabólica de até 30 cm de diâmetro, mas ele ressalta que tudo pode ser ampliado para fazer espelhos com os tamanhos necessários para os telescópios espaciais.

"Embora este trabalho apenas demonstre a viabilidade dos métodos, ele estabelece as bases para sistemas de espelhos embaláveis maiores e mais baratos," disse ele. "Ele poderá tornar realidade espelhos leves com 15 ou 20 metros de diâmetro, permitindo telescópios espaciais que serão ordens de magnitude mais sensíveis do que os atualmente implantados ou planejados."

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Além de viabilizar grandes telescópios espaciais, a técnica de espelhos de membrana será útil também para telescópios em terra.
[Imagem: Sebastian Rabien/MPG/MPE]

Espelhos de membrana

O espelho fino e leve criado com essa técnica pode ser facilmente dobrado ou enrolado para a viagem ao espaço.

No entanto, é muito difícil recuperar sua forma parabólica perfeita depois de desenrolá-lo. Para isso, Rabien desenvolveu um método térmico que usa uma mudança de temperatura localizada, criada com luz, para permitir o controle adaptativo da forma, trazendo a membrana fina para a forma óptica desejada.

Mas ele acredita que dá para melhorar em relação a esta primeira versão, e está desenvolvendo um controle adaptativo mais sofisticado para estudar o quão bem a superfície final pode ser moldada e quanto de distorção inicial pode ser tolerada. Ele também planeja criar uma câmara de deposição de um metro de diâmetro, para estudar melhor a estrutura da superfície e os processos de empacotamento e desdobramento de um espelho primário de grande escala.

Os novos espelhos de membrana também poderão ser usados em sistemas de óptica adaptativa, que melhoram o desempenho dos sistemas ópticos usando um espelho deformável para compensar a distorção na luz recebida. Como a superfície dos novos espelhos de membrana é deformável, esses espelhos podem ser moldados com atuadores eletrostáticos para criar espelhos deformáveis que serão mais baratos de fabricar do que aqueles criados com métodos convencionais.

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