NIAC – Sny o budoucnosti #12 FLUTE

Před více než měsícem jsme v našem seriálu představili poslední projekt, který byl v roce 2024 podpořen v rámci Fáze 1 programu NIAC. Dnes si proto představíme první z projektů, které se v roce 2024 dočkaly podpory v rámci Fáze 2. Znamená to tedy, že jde o projekty, které již prošly Fází 1, během které nenarazily na žádné zásadní překážky a mohou tak pokračovat dál. Náplň seriálu však bude stále stejná. Představujeme si projekty, u kterých se nedá praktické uplatnění očekávat v nejbližších letech. Experti z NASA v nich ale vycítili potenciál, protože některé technologie by se za pár desítek let mohly hodit. A protože se nové technologie neobjeví lusknutím prstu, ale musí se na nich dlouhodobě pracovat, je tu program NIAC, který podporuje právě inovativní řešení, která jsou často na začátku vývojového procesu.

Budoucnost kosmických ultrafialových, optických i infračervených teleskopů bude vyžadovat stále větší průměry těchto observatoří. Mezi astrofyzikální cíle s nejvyšší prioritou patří třeba exoplanety podobné Zemi, hledání hvězd první generace a mladých galaxií. Všechny tyto cíle jsou však mimořádně slabé, což pro současné mise představuje velkou výzvu. Je to také příležitost pro příští generaci kosmických teleskopů. A právě větší observatoře by vyřešily výše zmíněné problémy. Jelikož náklady na misi rostou úměrně se zvětšujícím se průměrem teleskopu, tak zvětšování aktuálně používaných technologií nad průměr 10 metrů přestává dávat ekonomický smysl. Bez přelomové a škálovatelné technologie kosmických teleskopů se budoucí pokroky v astrofyzice mohou zpomalit nebo dokonce úplně zastavit. Proto je zde velká potřeba cenově dostupných řešení, která umožní zvětšování kosmických teleskopů.

Projekt FLUTE (Fluidic Telescope) chce překonat omezení současného přístupu tím, že vyšlape cestu ke kosmickým observatořím s větším průměrem, které by využívaly nedělená tekutá primární zrcadla vhodná pro mnoho různých astronomických aplikací. Taková zrcadla by vznikala až v kosmickém prostoru díky inovativnímu přístupu založeném na tvarování tekutin v mikrogravitaci. Tento princip již byl úspěšně demonstrován v prostředí bazénu NBL, při parabolickém letu a na palubě Mezinárodní kosmické stanice. Tato metoda je teoreticky měřítkově neměnná a umožňuje vyrábět optické součásti s vynikající subnanometrovou kvalitou povrchu. Aby bylo možné tento koncept realizovat v příštích 15-20 letech s technologiemi blízké budoucnosti a s reálnými náklady, omezují navrhovatelé průměr primárního zrcadla na 50 metrů.

V rámci Fáze 1 se předkladatelům podařilo realizovat výběr kapalin pro zrcadla, přičemž přednost dostaly iontové kapaliny. Předkladatelé také provedli rozsáhlé studie iontových kapalin s vhodnými vlastnostmi, pracovali i na metodách zlepšení odrazivosti iontových kapalin, analyzovali některé alternativní architektury rámu hlavního zrcadla, prováděli modelování účinku nakláněcích manévrů a teplotních rozdílů na povrch zrcadla, vyvinuli podrobný koncept mise kosmické observatoře s kapalným zrcadlem o průměru 50 metrů a vytvořili prvotní koncepty pro zmenšený prototyp, který by na družici mohl otestovat dané možnosti na nízké oběžné dráze Země.

Ve Fázi 2 bude pokračovat dozrávání technologií klíčových prvků konceptu mise. Nejprve budou experti pokračovat v analýzách vhodné architektury rámu zrcadla a v modelování jejich dynamických vlastností. Následně provedou další kroky v jejich modelování na základě strojového učení a experimentálních prací na zlepšeních odrazivosti iontových kapalin. Třetím krokem bude zlepšení modelování dynamiky kapalného zrcadla. Především se zaměří na modelování účinků dalších typů vnějších rušení – slapové jevy, zrychlení sondy při manévrech, ale i dopady mikrometeoroidů. Budou také analyzovat a modelovat účinky Marangoniho efektu na nanočástice doplněné do iontové kapaliny. Čtvrtým krokem bude vytvoření modelu optického řetězce od povrchu kapalného zrcadla po vědecké přístroje. Pátý krok zahrnuje další vývoj konceptu mise pro větší observatoř o průměru 50 metrů se zaměřením na nejrizikovější prvky. A na závěr předkladatelé očekávají dozrání konceptu malé mise pro demonstraci technologií na nízké oběžné dráze Země, do kterého chtějí zapracovat znalosti získané z různých etap tohoto projektu.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2024/04/fluidic-telescope-flute.jpg