Rymdteleskop är en ganska fantastisk sak. Genom att placera ut ett observatorium i omloppsbana kan astronomer ta bilder av universum utan störningar i atmosfären. Samtidigt är de mycket dyra att bygga, underhålla och skjuta ut i rymden. Som fallet med Hubbles defekta spegel visade, måste ett rymdteleskop också genomgå rigorösa kontroller på grund av hur svårt det blir att serva dem efter uppskjutning.
För att komma till rätta med detta undersöker NASA möjligheten att konstruera framtida rymdteleskop i rymden. En nyckelaspekt av detta involverar en tillverkningsteknik känd som Atomskiktsavsättning (ALD), en process där lager av material som inte är tjockare än en atom avsätts på en yta och sedan härdas på plats. Nu har ett team av NASA-stödda forskare fått chansen att testa ALD i en mikrogravitationsmiljö (dvs rymden!)
Forskargruppen inkluderar Vivek Dwivedi (en ingenjör vid NASA:s Goddard Space Flight Center och expert på ALD-teknik) och Raymond Adomaitis – en professor i kemi- och biomolekylär teknik vid University of Maryland. Institutet för systemforskning (ISR). Tillsammans valdes de ut genom NASA:s Space Technology Mission Directorate (STMD) Program för flygmöjligheter .
NASAs Goddard-ingenjör Vivek Dwivedi demonstrerar ALD-tekniken. Kredit: NASA/W. Hrybyk
ALD-processen är vanligt förekommande inom industrin och innebär att man placerar ett lager av material (aka. ett substrat) inuti en ugnsliknande reaktorkammare och sedan behandlar den med pulser av olika typer av gas. Detta slutresultat är en slät, mycket enhetlig film med lager som bara är en enda atom i tjocklek. När det gäller rymdteleskop kan metoden användas för att applicera våglängdsspecifika reflekterande beläggningar på ett teleskops spegel.
Som Dwivedi förklarade i en nyligen genomförd NASA pressmeddelande :
'Vi teknologer tror att nästa generations teleskop som är större än 20 meter i diameter kommer att byggas och monteras i omloppsbana. Istället för att tillverka speglarna på marken, varför inte skriva ut dem i rymden? Men du har inte en teleskopspegel om du inte täcker den med ett mycket reflekterande material. Vår idé är att visa att vi skulle kunna belägga en optik i rymden med den här tekniken, som vi har använt på marken och förstår processerna.'
Som en del av deras flygmöjlighet kommer Dwivedi och Adomaitis att se en av de ALD-kammare som de byggde med kommersiella off-the-shelf-komponenter (COTS) flygas till rymden ombord på en Blue Origin Nya Shepard återanvändbar raket. Under flygningen kommer nyttolasten att uppleva tre minuters mikrogravitation, precis tillräckligt lång för att ALD-kammaren ska kunna avsätta ett lager av aluminiumoxid (aka. aluminiumoxid) på en tvåtums (5 cm) kiselskiva.
New Shepard-raketen avfyras från sin anläggning i västra Texas. Kredit: Blue Origin
Dwivedi och Adomaitis kom på idén för ungefär två år sedan efter att en kollega NASA Goddard-kollega (Franklin Robinson) säkrade ett test via Flight Opportunities för att validera en banbrytande kylteknik för tätt packad elektronik. Detta test involverade också att skicka en teknikdemonstrator ombord på enNya Shepardraket för att se hur det gick i en mikrogravitationsmiljö.
Förutom att tillhandahålla ett sätt att utöka teleskopspeglar, kan ALD också ha andra applikationer som kommer att hjälpa till i framtida rymdutforskning. Till exempel är dammreducering en stor nödvändighet när det kommer till månutforskning på grund av hur den statiskt laddade regoliten håller sig till allt.
Möjligheten att använda ALD för att bekämpa detta problem finns för närvarande undersöktes ombord på ISS , där ALD-belagda prover exponeras för plasma från en experimentpall. Dwivedi skapade dessa prover tillsammans med Mark Hasegawa (en teknolog på NASA Goddard) för att testa om indiumtennoxid kunde användas i färger och andra material för att förhindra att måndamm fastnar till rymddräkter, rovers och utrustning.
Illustration av Artemis-astronauter på månen. Kredit: NASA
Förutom att bygga teleskop i rymden erbjuder ALD en tydlig fördel för all slags tillverkning i rymden, säger Dwivedi. ALD-kammare är skalbara till alla storlekar och kan konsekvent applicera släta lager över mycket stora ytor. Denna precisionsnivå skulle vara avgörande för utvecklingen av känslig optik och andra tillämpningar.
'Om vi skalade en kiselskiva till storleken på Washingtons storstadsområde och placerade den inuti en ALD-kammare, till exempel, kunde vi deponera ett lager av material som inte varierade mer än 60 mikron i tjocklek,' sa han. Bortsett från optik och dammreducering kan denna process användas i omloppsbana för att tillämpa ablativ avskärmning på rymdfarkoster avsedda för andra planeter eller till och med andra stjärnsystem!
Mellan tillverkning i rymden, gruvdrift av asteroider och utforskning av rymden i djupet innebär så mycket av mänsklighetens framtid att sätta upp butik i jordens omloppsbana och bortom den!
Vidare läsning: NASA