Uma imagem do Fluid Telescope Experiment (FLUTE), que usa uma substância fluida como a água para criar uma lente muito grande no espaço. O telescópio fluido foi proposto como uma forma de construir uma lente gigante que não havia sido tentada antes. Cortesia do Estúdio Elamaru
O Telescópio Espacial James Webb, que deixou a Terra no ano passado, entrou em operação. Os cientistas planejam desvendar os mistérios do universo fazendo telescópios espaciais de última geração, como o Telescópio Espacial Luboa e o Telescópio Espacial Roman Nancy Grace. Enquanto isso, pesquisas estão em andamento para fazer uma lente muito grande no espaço usando uma substância que flui como água. Fluid Telescope Experiment (FLOT). Por que eles começaram a desenvolver novos materiais para o telescópio espacial?
O Telescópio Espacial James Webb foi lançado em dezembro do ano passado e tem um diâmetro de 6,5 metros. Isso é 2,7 vezes maior do que o Telescópio Espacial Hubble. O enorme Telescópio Espacial James Webb pesa apenas 6,2 toneladas. Isso é metade do peso do Telescópio Espacial Hubble, que pesa 12,2 toneladas.
O foguete Ariane 5 usado para lançar o Telescópio Espacial James Webb pode transportar uma carga útil de até 20 toneladas para a órbita terrestre baixa e 10 toneladas para a órbita geoestacionária. O sucesso do despertar do Telescópio Espacial James Webb para o espaço deve-se aos avanços nos materiais. O espelho principal do Telescópio Espacial James Webb era feito de berílio, o quarto elemento mais leve.
Dieta do telescópio espacial para ir ao espaço
O processo de construção do Telescópio Espacial James Webb, que entrou no espaço no ano passado. Apesar de seu tamanho maciço, é leve em comparação com seu tamanho maciço, pois o espelho principal é feito de berílio, que é o quarto mais leve entre os elementos. Enviado pela Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA)
Os maiores obstáculos para enviar um telescópio espacial ao espaço são seu tamanho e peso. Normalmente, o desempenho de um telescópio depende do tamanho das lentes e refletores. À medida que o tamanho do telescópio aumenta, o poder de captação de luz, que é a capacidade de receber luz, aumenta e a resolução que distingue dois objetos a uma curta distância melhora. Isso significa que ele pode capturar com precisão a luz mais escura à distância. No entanto, construir um telescópio espacial gigante e lançá-lo no espaço leva muito tempo e dinheiro. O Telescópio Espacial James Webb custou US$ 10 bilhões (cerca de 12,78 trilhões de wons).
Por esta razão, a pesquisa sobre lentes de telescópios espaciais e materiais refletores tem avançado para o desenvolvimento de materiais que são mais leves, bem como aqueles que podem resistir a ambientes hostis. No passado, eram usados principalmente vidro temperado ou materiais cerâmicos. Nos inversores modernos, o carbeto de silício (SiC) é usado principalmente. Quando é do mesmo tamanho do vidro usado para a lente, pesa cerca de um terço, e a estrutura dificilmente muda mesmo em temperaturas muito frias. Um refletor feito de carboneto de silício também foi usado nas câmeras da sonda Cometa Rosetta e da espaçonave New Horizons de Plutão. Existem também materiais que são mais leves e mais fortes do que isso. “Recentemente, estamos testando a adequação do plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP)”, disse Kim Young-soo, pesquisador sênior do Centro de Astronomia e Tecnologia Espacial do Instituto Coreano de Astronomia e Ciências Espaciais.
Por outro lado, o vidro temperado ainda é usado principalmente para refração de lentes de telescópios. Plásticos também são usados em lentes pequenas. Ao contrário dos telescópios refletores que refletem ondas eletromagnéticas externas, os telescópios refratores devem refratar e passar ondas eletromagnéticas, portanto, há muitos fatores a serem considerados, como cor, poder de penetração e uniformidade da lente. É tecnicamente difícil aumentar o tamanho da lente, é ainda mais pesado que o refletor, então a maioria dos telescópios espaciais é feita com refletores.
O telescópio da próxima geração é uma gota de água?
Em 1º de abril, a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) anunciou que a equipe do Fluid Telescope Experiment (FLUTE) havia concluído com sucesso os testes terrestres e aéreos. FLUTE é um projeto conjunto entre o Instituto de Tecnologia Israelense Technion e a NASA, e o objetivo é garantir a tecnologia para fazer uma lente gigante solidificando um polímero líquido no espaço sideral.
A maior vantagem de um telescópio líquido é que ele não requer lixamento ou polimento. Esses processos são um dos processos necessários para a fabricação de lentes e refletores usados em telescópios, e evitam a reflexão difusa e a refração irregular, tornando lisas as superfícies das lentes e refletores feitos na armação. O pesquisador líder Kim disse: “Para que o telescópio funcione corretamente, a rugosidade da superfície deve ser inferior a 2 nanômetros (um nanômetro, 1 nanômetro é um bilionésimo de metro). É uma tecnologia importante para fazer telescópios”, disse ele.
Por outro lado, um líquido forma uma esfera perfeita por meio da tensão superficial no espaço sideral. A tensão superficial é uma força que atua em uma direção que diminui a área da superfície de um líquido. Como a esfera tem a menor área de superfície no mesmo volume, calcula-se que uma lente de superfície lisa pode ser obtida sem um processo separado. “Os fenômenos físicos que ocorrem na natureza são simplesmente uma maneira de resolver processos complexos”, disse Moran Berkowitz, professor do Instituto de Tecnologia Israelense Technion. Graças a isso, é possível fabricar lentes muito grandes com dimensões de várias dezenas a centenas de metros, o que era difícil de implementar usando tecnologia convencional.
Há também limitações que devem ser superadas. Ao usar uma superfície esférica perfeita, ocorre uma aberração esférica na qual o foco não está concentrado em um só lugar. Em telescópios reais, principalmente lentes asféricas e refletores são usados para superar essa limitação. O pesquisador líder Kim disse: “Resta ver como o processamento adicional é realizado em lentes feitas através da tecnologia de telescópio líquido para reduzir a aberração esférica e obter lentes asféricas”.
Os telescópios de fluidos aproveitam as propriedades da matéria para formar uma esfera perfeita com tensão superficial em gravidade zero. No entanto, em uma lente esférica que pode ser feita dessa maneira, a aberração esférica ocorre porque o índice de refração é diferente e o foco não é focado. Ciência Donga DB
A era da indústria de telescópios no espaço
Outra razão pela qual a NASA está desafiando o desenvolvimento de telescópios fluidos é que eles podem desenvolver telescópios diretamente no espaço sideral. Não importa quão leve e suave seja um telescópio, se fosse construído na Terra, teria que ser lançado no espaço a um custo enorme. Um custo enorme também é necessário para evitar vibrações e choques que ocorrem enquanto ele é carregado no foguete e passa pela atmosfera. Por outro lado, se você fizer sua própria lente no espaço, esse é um cálculo que pode economizar dinheiro.
Um experimento de telescópio líquido em grande escala no espaço sideral será conduzido pela primeira missão espacial civil, Axiom-1. As missões da Axiom incluem a construção de uma estação espacial civil e a fabricação de produtos em microgravidade. Técnicas de fabricação desafiadoras podem ser realizadas na Terra, como quando há pouca gravidade, não há precipitação da mistura e cristais de proteína mais puros podem ser obtidos. É um experimento para criar uma espécie de fábrica espacial.
Um pesquisador segura uma lente feita do Fluid Telescope Experiment (FLUTE). Após os testes no solo e no ar, estão previstos testes adicionais no espaço. Apresentado pelo Instituto de Tecnologia Israelense Technion
Fábricas aeroespaciais também estão interessadas em empresas privadas. Na era da exploração espacial, que se tornou mais ativa na nova era espacial, é necessário desenvolver uma fábrica espacial para fornecer mercadorias com menor custo e menor tempo. Em 2019, Jeff Bezos, que dirige a empresa espacial privada Blue Origin, anunciou planos para construir uma fábrica de indústria pesada no espaço, dizendo: “Vamos deixar a Terra como habitação e produzir bens necessários no espaço”.
Existem outras tecnologias que podem fazer telescópios no espaço sideral, como telescópios fluidos. Esta é uma tecnologia de impressão 3D. A NASA e o Instituto Coreano de Astronomia e Ciências Espaciais estão realizando pesquisas. O pesquisador líder Kim disse: “Ao usar a tecnologia de impressão 3D, podemos fabricar as peças necessárias do telescópio a qualquer momento no espaço”.
Uma imagem da estação espacial que será construída para a missão Axiom. Aqui será desenvolvida a tecnologia para a planta espacial. Fornecido pela Axiom Space
※ Artigos relacionados
Ciência Dong-A Julho, [엣지 사이언스] As lentes Waterdrop são feitas na fábrica aeroespacial
“Pensador. Aspirante a amante do Twitter. Empreendedor. Fã de comida. Comunicador total. Especialista em café. Evangelista da web. Fanático por viagens. Jogador.”