На МКС впервые проведут эксперимент по созданию оптического компонента в космосе. С помощью новой технологии теоретически можно будет создавать огромные линзы для космических телескопов.

Одна из главных характеристик любого телескопа — диаметр главного зеркала или собирающей линзы. Чем больше зеркало либо линза, тем больше света «ловит» телескоп. А следовательно, он видит более тусклые объекты и может вглядываться глубже в космос.

Диаметр главного зеркала «Хаббла» — 2,4 метра, «Джеймса Уэбба» — 6,5 метра. Этого достаточно для поставленных перед ними задач, но более крупные зеркала расширят возможности для наблюдений. Космический телескоп с зеркалом или линзой в несколько десятков, а то и сотен метров будет напрямую видеть экзопланеты.

Создание линзы — трудоемкий и долгий процесс. Сперва отливают заготовку необходимой формы. После этого стекло нагревают и медленно охлаждают, что делает его прочнее и устойчивее к перепадам температуры. Затем линзу шлифуют, полируют и тестируют. Этот процесс подходит для создания небольших линз, а для огромных нужен новый метод.

Международная команда ученых из исследовательского центра NASA Ames, Центра космических полётов Годдарда и «Техниона» (Израильского технологического университета) предлагает воспользоваться преимуществами микрогравитации и с помощью жидкостей отливать огромные линзы на космической станции. По словам изобретателей, на создание таких линз будет уходить гораздо меньше времени, но по качеству и оптическим характеристиками они не будут уступать «земным».

Предприниматель Итан Стиббе проводит эксперимент FLUTE в «Технионе» в рамках подготовки к проведению эксперимента на МКС. / © Technion – Israel Institute of Technology

Сперва метод протестировали в лабораторных условиях. Жидкости подходят не только для создания линз, но и для компенсации гравитации. Главное тут — добиться одинаковой плотности у воды и материала. В экспериментах ученые использовали обычные полимеры, из которых делают акриловые ногти или суперклей.

«Затвердевающей жидкостью мы наполняли круглый каркас, погруженный в воду. Мы создавали линзы в ведре, которое позаимствовали у местного уборщика», — рассказывает автор метода Валерий Фрумкин (Valeri Frumkin). Фрумкин состоит в исследовательской группе Морана Берковичи (Moran Bercovici), профессора инженерной механики в «Технионе». Качество поверхности у получившихся линз было не хуже, чем у изготовленных традиционным методом, а производство шло гораздо быстрее.

В декабре 2021 года ученые повторили эксперименты во время двух параболических полетов ZeroG. Каждый полет позволяет 25 раз на 15–20 секунд ощутить невесомость. На этот раз вместо полимеров ученые использовали синтетические масла разной вязкости. Линзы делали небольшими, размером с монету, а качество измеряли лазерами. Конечно, «линза» теряла форму, как только самолет начинал снова набирать высоту, но те несколько секунд она была идеальной. Эксперимент доказал работоспособность метода.

Исследователи FLUTE проводят эксперимент с синтетическими маслами во время параболических полетов ZeroG. / © Technion – Israel Institute of Technology

Следующий этап пройдет на МКС. 9 апреля, в составе коммерческой миссии Axiom-1 на станцию прибыл Итан Стиббе (Eytan Stibbe), который проведет «Эксперимент по созданию жидкого телескопа» (FLUTE). В этот раз, как и в лаборатории, будут использовать полимеры. Затвердевшие линзы вернутся на Землю для дальнейшего анализа.

Будущее астрономических наблюдений — за космическими телескопами. Если удастся перенести производство компонентов в космос, стоимость таких аппаратов значительно снизится, а возможности расширятся. Кстати, по словам изобретателей, в некоторых случаях линзы можно будет оставлять в жидком состоянии. Это позволит быстро менять их оптические свойства во время эксплуатации.

Если говорить о более обыденном применении технологии, то еще на этапе лабораторных экспериментов стало очевидно, что с помощью нового метода можно быстро и дешево производить линзы высокого качества —например, для очков. И команда уже занялась этими направлениями.