Учёные «приручили» жидкое зеркало толщиной в миллиметр для гигантских космических телескопов
Один из самых необычных проектов будущих телескопов — жидкозеркальные оптические системы, где вместо стекла используется тонкий слой жидкости, формирующий отражающую поверхность под действием гравитации или других полей. В условиях микрогравитации — например, на орбите — такая поверхность может быть идеально гладкой, если правильно организовать её форму. Это делает возможными сверхлёгкие телескопы с очень большим диаметром зеркала, которые невозможно было бы собрать из твёрдых материалов.
Однако у этой идеи есть серьёзная проблема. При каждом повороте телескопа (например, чтобы навести его на другой участок неба) жидкость смещается. Со временем такие деформации накапливаются и могут нарушить точность наблюдений. Чтобы разобраться, насколько это критично, группа физиков из Техниона (Израиль) и NASA разработала подробную модель поведения жидкой отражающей плёнки под действием регулярных манёвров в космосе.
Источник: NASA Orbital Debris Program OfficeУчёные сосредоточились на системе, подобной телескопу FLUTE (Fluidic Telescope) — гипотетической орбитальной обсерватории с жидким зеркалом диаметром 50 метров. Внутри конструкции в форме кольца создаётся тонкий слой жидкости (например, силиконового масла), который формирует нужную оптическую форму. Повороты телескопа для смены направления обзора вызывают смещения этой поверхности — и именно их моделировали учёные.
Расчёты показали, что даже при регулярных манёврах (например, поворот на 45 градусов один раз в сутки) в течение 10 лет форма центральной части зеркала сохраняется с точностью, достаточной для высококачественной оптики. Деформации накапливаются вблизи края, где амплитуда колебаний достигает 100 нанометров, но в центральной области они значительно меньше. Это означает, что полезная площадь зеркала — порядка 80% — может использоваться без значительных искажений.
Источник: NASAКроме того, исследователи показали, что выбор направления поворотов (например, чередование направления вращения) помогает уменьшить асимметрию деформаций. Также они предполагают, что деформации можно периодически «сбрасывать», если повторно запускать процесс формирования поверхности — например, с помощью электростатических или центробежных методов.
Для проверки модели была создана экспериментальная установка с жидкой плёнкой толщиной 10–100 микрон, которую деформировали с помощью электрического поля. Форму поверхности отслеживали оптическими методами. Результаты подтвердили ключевые положения модели и показали её применимость для оценки и проектирования реальных систем.
Сама идея жидких зеркал не нова — подобные системы применялись на Земле, например, в телескопе LZT в Канаде. Но там форму зеркала поддерживает вращение, создающее параболическую поверхность. В космосе же можно использовать альтернативные способы стабилизации, а главное — избавиться от массы и сложности жёстких оптических компонентов.
Работа даёт инженерам инструмент, который позволяет заранее рассчитать, как жидкое зеркало будет вести себя в условиях длительной космической миссии, и какие параметры нужно оптимизировать. Это важный шаг для концепций сверхлёгких орбитальных телескопов, способных обеспечить огромную светосилу без тяжёлых конструкций.
© iXBT
