Optiku kosmických observatoří možná nahradí umělé hmoty

Američtí vědci z národních laboratoří Sandia rozpracovali návrh piezoelektrické polymerové optiky, která umožní vyrobit na jejím základě obrovská a lehká zrcadla pro kosmické dalekohledy takových rozměrů, o nichž se nám doposud ani nesnilo. V nejbližší době budou zkušební vzorky těchto polymerních materiálů dopraveny na palubu Mezinárodní kosmické stanice ISS jako součást materiálového experimentu MISSE-6 (Materials International Space Station Experiment).

"Tradiční skleněná zrcadla již dosáhla hranic svých možností, pokud se týká rozměrů a hmotností," říká vedoucí výzkumného týmu Mat Celina. "Fólie z polymerů budou mnohonásobně lehčí, což umožní výrobu objektivů značně větších průměrů než doposud, a také od základu změní charakter využívání principu adaptivní optiky."

"Bude to vůbec poprvé, kdy takovýto polymer bude vystaven působení skutečného kosmického prostředí," říká Celina. "Doufáme, že se nám podaří zjistit, jaký polymer se chová v kosmickém prostředí nejlépe."

Mimořádnou výhodu představuje pro astronomy možnost zhotovení objektivů obzvlášť velkých rozměrů. To umožní výrazně zlepšit dvě nejdůležitější charakteristiky astronomických dalekohledů - jejich světelnost a úhlové rozlišení - které se zlepšují s rostoucím průměrem objektivu.

Nejprve však musí tyto polymerové fólie projít zkouškami v podmínkách skutečného kosmického prostředí. Fólie musí mít opticky dokonalý a kontrolovatelný povrch, a také nesmí podléhat vibracím.Vědci vyvinuli několik druhů polymerních fólií na základě polyvinyliden fluoridu (PVDF), což je materiál, který má vynikající piezoelektrické vlastnosti. Piezoelektrický efekt umožňuje upravovat optické vlastnosti povrchu - tvar a ohniskovou vzdálenost objektivu, a také umožní kompenzovat vzniklá poškození povrchu optické plochy - to vše pomocí řízeného působení elektrických polí.

Piezoelektrický efekt je u polymerů znám dlouho, avšak rychlá degradace vlastností organických fólií v podmínkách kosmického prostředí nedovolila o nich dříve uvažovat jako o kandidátech pro výrobu objektivů astronomických observatoří. K jejich degradaci dochází například působením atomárního kyslíku, slunečního ultrafialového záření a opakovanými změnami teplot při průletu družice nad denní a noční polokoulí Země. Vědcům z laboratoří Sandia se podařilo popsat vlivy působení různých faktorů na takovýto materiál, a dále vypracovat návrhy složení polymerů, které by těmto vlivům odolávaly. Nyní musí nově vyvinuté polymery ještě potvrdit svoje vlastnosti v kosmickém prostředí.

Vzorky těchto fólií budou dopraveny na palubu Mezinárodní kosmické stanice ISS počátkem roku 2007, kde budou při výstupu posádky stanice do volného kosmického prostoru umístěny na vnějším povrchu stanice. Po dobu minimálně jednoho roku budou vystaveny působení kosmického prostředí a při dalším výstupu kosmonautů budou poté vzorky přeneseny na palubu kosmické stanice a odtud raketoplánem či jiným dopravním prostředkem přepraveny do pozemních laboratoří k dalším zkouškám. Zde budou zjišťovány případné změny charakteristických vlastností polymerových fólií, degradace povrchových vrstev, změny morfologie a celkové poškození.

Jestli se předpoklady vědců naplní a polymer potvrdí své vlastnosti, pak již v poměrně blízké budoucnosti se v kosmickém prostoru objeví astronomické observatoře, které budou vybaveny objektivy mnohem větších průměrů než doposud. Přitom hmotnost kosmických dalekohledů bude relativně nízká, čímž současně dojde ke snížení celkových nákladů na výrobu a vypuštění takovéto kosmické observatoře.

Kosmické dalekohledy, které budou vybaveny piezoelektrickými fóliemi z polymerů, budou zcela odlišné například ve srovnání s Hubblovým kosmickým dalekohledem HST (na oběžné dráze kolem Země od roku 1990) či s jeho nástupcem JWST (James Webb Space Telescope), jehož start je naplánován na rok 2013 a jehož objektiv bude složen z 18 beryliových segmentů. Použitá polymerová fólie bude velmi lehká a díky svým piezoelektrickým vlastnostem bude možné působením elektrických polí plynule měnit tvar objektivu velké kosmické observatoře a jeho ohniskovou vzdálenost.

Možná, že umělohmotná zrcadla najdou uplatnění i v jiných oblastech současné kosmonautiky - například při výrobě širokopásmových antén pro družice. Možná se také s jejich pomocí podaří zhotovit obří kosmické systémy, jakési "deštníky", které by mohly zastínit Zemi před slunečními paprsky a zabránit tak nekontrolovanému růstu teploty na naší planetě. To všechno se však může stát realitou pouze v tom případě, že připravovaný experiment na palubě kosmické stanice ISS potvrdí předpoklady vědců.

Zdroj: spacenews.ru a www.sandia
Převzato: Hvězdárna Valašské Meziříčí