Les miroirs à membrane décollent pour être utilisés dans les grands télescopes spatiaux

Les télescopes extrêmement grands installés dans l'espace ou les observatoires basés sur des ballons nécessiteront des miroirs beaucoup plus grands, plus sensibles et plus légers que ceux utilisés aujourd'hui. Les grands miroirs à membrane de faible poids surfacique sont prometteurs dans ce contexte, mais ils sont difficiles à fabriquer avec la qualité optique requise.

Des chercheurs allemands ont mis au point une nouvelle façon de fabriquer des miroirs polymères très fins d’une qualité suffisamment élevée pour servir de miroirs primaires dans les télescopes spatiaux, en utilisant une approche très différente des processus conventionnels de production et de polissage de miroirs. La technique, développée par une équipe du Institut Max Planck de physique extraterrestre, consiste à déposer un polymère sur la surface d'un liquide en rotation qui forme une forme parabolique parfaite. Les miroirs résultants sont légers, mesurent environ 30 cm de diamètre et pourraient potentiellement être agrandis jusqu'à des diamètres beaucoup plus grands, soit plusieurs mètres. Ils sont également suffisamment flexibles pour être enroulés pour le transport sur un vaisseau spatial et dépliés une fois arrivé à destination.

Dans leurs travaux, les chercheurs, dirigés par Sébastien Rabien, a utilisé un phénomène physique fondamental : un liquide dans un récipient en rotation formera naturellement une forme de surface parabolique. Ils ont utilisé cette surface comme base sur laquelle déposer un polymère – du Parylène, en l’occurrence – avec l’épaisseur souhaitée. Une fois recouverte d'une surface réfléchissante telle que l'aluminium ou l'or, cette membrane peut être utilisée comme miroir.

Le polymère est cultivé par dépôt chimique en phase vapeur. Cette technique est couramment utilisée pour appliquer des revêtements sur des composants électroniques, mais c'est la première fois qu'elle est utilisée pour créer des miroirs à membrane parabolique. «L'ensemble du processus se déroule sous vide, sans vents ni particules perturbateurs, ce qui permet d'obtenir des surfaces de qualité optique», explique Rabien.

Les chercheurs affirment pouvoir manipuler localement la forme parabolique du miroir à l'aide d'une méthode d'optique adaptative radiative, qui consiste à dilater thermiquement le matériau en appliquant un faisceau lumineux sur la surface avant ou arrière de la structure.

Les nouveaux miroirs pourraient être enroulés et stockés de manière compacte à l’intérieur d’un lanceur, puis dépliés et remodelés avec précision après le déploiement – ​​ce qui contribuerait à résoudre les problèmes de poids et d’emballage des miroirs des télescopes, explique Rabien.

"Même si davantage de recherche et d'ingénierie sont nécessaires, je pense que nous disposons d'un procédé qui peut être étendu à de très grands diamètres (15 à 20 m)", explique-t-il. Monde de la physique. « Le mandrin liquide pour la forme de la surface est également nettement plus abordable que les méthodes de production d'optique conventionnelles. Des chambres à vide de la taille nécessaire pour fabriquer ces miroirs existent déjà à d’autres fins et les processus de croissance requis peuvent être adaptés à partir des technologies disponibles.

Les constructions de nanoparticules sur miroir pourraient aider à créer des écrans à couleurs changeantes

Les exoplanètes sont un type d'objet astrophysique qui pourrait être imagé et recherché à l'aide de tels miroirs, explique Rabien. « La vision consistant à observer ces systèmes planétaires lointains avec une résolution et une sensibilité élevées, à déterminer la météo ou les continents, ou même les lumières sur un littoral, nécessiterait la mise en orbite de nombreux grands télescopes avec de tels miroirs. Rendre ce rêve possible nécessite une réduction significative du poids surfacique et du coût du miroir principal, ainsi qu'un moyen de les intégrer dans un lanceur. Les techniques décrites dans nos travaux pourraient être une voie vers une telle vision.

Les chercheurs, qui rapportent leurs travaux Optique appliquée, disent qu'ils aimeraient désormais utiliser leur technique pour fabriquer des miroirs de plusieurs mètres. "Cela nous permettrait de mieux comprendre la fonction de surface des miroirs et comment l'influencer et la contrôler, et de quantifier les paramètres de contrôle à grande échelle requis."

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• La source: https://physicsworld.com/a/membrane-mirrors-take-off-for-use-in-large-space-telescopes/