एक खगोल विज्ञान क्रांति: मेम्ब्रेन मिरर स्पेस टेलीस्कोप के लिए एक गेम-चेंजर हैं
बड़े, उच्च-गुणवत्ता वाले दर्पण जो आमतौर पर अंतरिक्ष दूरबीनों में उपयोग किए जाने वाले प्राथमिक दर्पणों की तुलना में काफी पतले होते हैं, अब वैज्ञानिकों द्वारा एक उपन्यास तकनीक का उपयोग करके निर्मित और आकार दिए जा सकते हैं। परिणामी दर्पण लॉन्च के दौरान अंतरिक्ष यान के अंदर लपेटने और अच्छी तरह से फिट करने के लिए पर्याप्त रूप से लचीले होते हैं।
जर्मन मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर एक्स्ट्राटेरेस्ट्रियल फिजिक्स के सेबस्टियन राबियन के अनुसार, “अंतरिक्ष दूरबीनों को लॉन्च करना और तैनात करना एक कठिन और महंगी प्रक्रिया है।” लेखक लिखते हैं, “यह नया दृष्टिकोण, जो पारंपरिक दर्पण उत्पादन और पॉलिशिंग प्रक्रियाओं से बहुत अलग है, दूरबीन दर्पणों के लिए वजन और पैकेजिंग के मुद्दों को हल करने में मदद कर सकता है, और इसके परिणामस्वरूप अधिक संवेदनशील, दूरबीनों को कक्षा में रखा जा सकता है।”
रेबियन ने ऑप्टिका पब्लिशिंग ग्रुप जर्नल एप्लाइड ऑप्टिक्स में 30 सेंटीमीटर व्यास तक परवलयिक झिल्ली दर्पण प्रोटोटाइप के सफल निर्माण का दस्तावेजीकरण किया। इन दर्पणों को रासायनिक वाष्प जमाव का उपयोग करके एक निर्वात कक्ष के भीतर कताई तरल के ऊपर झिल्लीदार दर्पणों को बढ़ाकर बनाया गया था। इन दर्पणों को अंतरिक्ष दूरबीनों में आवश्यक आकार तक बढ़ाया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, उन्होंने एक ऐसी तकनीक बनाई जो गर्मी का उपयोग अनुकूल रूप से किसी भी दोष को ठीक करने के लिए करती है जो दर्पण के खुलने के बाद दिखाई दे सकती है।
यहां तक कि जब यह काम सिर्फ साबित हुआ कि दृष्टिकोण व्यवहार्य थे, यह रैबियन के अनुसार, अधिक पर्याप्त और उचित मूल्य वाले पैक करने योग्य दर्पण प्रणालियों के लिए मार्ग प्रशस्त करता है। “यह अंतरिक्ष-आधारित टेलीस्कोप को सक्षम कर सकता है जो वर्तमान में तैनात किए गए या योजनाबद्ध किए जा रहे लोगों की तुलना में अधिक संवेदनशील परिमाण के आदेश हैं, जो हल्के दर्पणों को सक्षम करते हैं जो 15 या 20 मीटर व्यास के हैं।”
रेबियन के अनुसार, COVID-19 महामारी ने उन्हें नए विचारों को प्रतिबिंबित करने और परीक्षण करने के लिए कुछ अतिरिक्त समय प्रदान किया, जो कि नया दृष्टिकोण कैसे बना। उन्होंने समझाया, “प्रयोगों की एक लंबी श्रृंखला में, हमने प्रक्रिया के लिए उनकी उपयुक्तता निर्धारित करने के लिए विभिन्न तरल पदार्थों का मूल्यांकन किया, जांच की कि समरूप बहुलक विकास कैसे किया जा सकता है, और प्रक्रिया को अनुकूलित करने के लिए काम किया।
रासायनिक वाष्प जमाव के लिए एक अग्रदूत पदार्थ वाष्पित हो जाता है और थर्मल रूप से मोनोमेरिक अणुओं में विभाजित हो जाता है। ये अणु निर्वात कक्ष में सतहों पर जमा होने के बाद एक बहुलक बनाने के लिए एकजुट होते हैं। इस विधि का उपयोग अक्सर कोटिंग्स को जोड़ने के लिए किया जाता है, जैसे कि वे जो इलेक्ट्रॉनिक्स को जलरोधी बनाते हैं, लेकिन इसे दूरबीन में उपयोग के लिए आवश्यक ऑप्टिकल गुणों के साथ परवलयिक झिल्ली दर्पण बनाने के लिए नियोजित नहीं किया गया है।
शोधकर्ताओं ने तब एक परिक्रामी कंटेनर जोड़ा जिसमें थोड़ी मात्रा में तरल पदार्थ को वैक्यूम कक्ष के इंटीरियर में जोड़ा गया ताकि टेलीस्कोप दर्पण के लिए आवश्यक सटीक आकार दिया जा सके। तरल के निर्दोष परवलयिक आकार के शीर्ष पर, बहुलक दर्पण नींव बनाने के लिए विकसित हो सकता है। जब बहुलक पर्याप्त रूप से मोटा होता है, तो शीर्ष पर एक परावर्तक धातु की परत लगाने के लिए वाष्पीकरण का उपयोग किया जाता है, और फिर तरल को हटा दिया जाता है।
“यह लंबे समय से ज्ञात है कि घूमने वाले तरल पदार्थ जो स्थानीय गुरुत्वाकर्षण अक्ष के साथ संरेखित होते हैं, स्वाभाविक रूप से एक परवलयिक सतह का आकार बनाते हैं,” राबियन ने कहा। हमने एक परवलयिक पतली झिल्ली बनाई है जो इस मौलिक भौतिकी प्रक्रिया का उपयोग करके इस निर्दोष ऑप्टिकल सतह पर एक बहुलक जमा करके डिवाइस के लिए मुख्य दर्पण के रूप में काम कर सकती है।
ये दर्पण आम तौर पर एक उच्च-गुणवत्ता वाले ऑप्टिकल मोल्ड का उपयोग करके बनाए जाते हैं, जबकि अन्य समूहों ने तुलनीय उद्देश्यों के लिए पतली झिल्लियों का विकास किया है। जब एक तरल का उपयोग करके आकृति बनाई जाती है तो बड़े अनुपात में मापना कहीं अधिक सस्ता और आसान होता है।
इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप एक छोटा, हल्का दर्पण बनता है जिसे अंतरिक्ष यात्रा के लिए आसानी से मोड़ा या कुंडलित किया जा सकता है। हालाँकि, अनपैकिंग के बाद, इसे अपने आदर्श परवलयिक आकार में पुनर्स्थापित करना काफी कठिन होगा। शोधकर्ताओं ने झिल्ली दर्पण को दोबारा बदलने के लिए एक थर्मल तकनीक की स्थापना की, जो अनुकूली आकार प्रबंधन प्रदान करने के लिए प्रकाश से प्रेरित स्थानीयकृत तापमान परिवर्तन का लाभ उठाता है और पतली झिल्ली को आवश्यक ऑप्टिकल रूप ग्रहण करने में सक्षम बनाता है।
एक निर्वात जमाव प्रयोगशाला में 30-सेमी व्यास झिल्ली दर्पण बनाकर, शोधकर्ताओं ने अपनी रणनीति का मूल्यांकन किया। वे परीक्षण और त्रुटि के एक बड़े सौदे के बाद टेलीस्कोप के लिए आदर्श सतह के आकार के साथ प्रीमियम दर्पण बनाने में सक्षम थे। डिजिटल लाइट प्रोजेक्टर से रेडिएटर्स और रोशनी की एक श्रृंखला का उपयोग करते हुए, उन्होंने अपनी थर्मल रेडिएटिव अनुकूली आकार देने की तकनीक की प्रभावशीलता को भी साबित किया।
अनुकूली प्रकाशिकी प्रणालियों में, उपन्यास झिल्ली-आधारित दर्पण संभावित रूप से नियोजित हो सकते हैं। आने वाले प्रकाश विरूपण के लिए खाते में, अनुकूली प्रकाशिकी ऑप्टिकल उपकरणों के प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए एक विकृत दर्पण का उपयोग करती है। नए मेम्ब्रेन मिरर्स की निंदनीय सतह अधिक पारंपरिक तकनीकों का उपयोग करके बनाए गए दर्पणों की तुलना में कम लागत पर विकृत दर्पणों के निर्माण की अनुमति देती है। इन विकृत दर्पणों को इलेक्ट्रोस्टैटिक एक्ट्यूएटर्स का उपयोग करके ढाला जा सकता है।
यह जानने के लिए कि अंत की सतह को कितनी अच्छी तरह ढाला जा सकता है और कितनी प्रारंभिक विकृति को सहन किया जा सकता है, शोधकर्ता अगली बार अधिक उन्नत अनुकूली नियंत्रण का उपयोग करेंगे। एक बड़े पैमाने के प्राथमिक दर्पण के लिए सतह की संरचना, पैकिंग और अनफोल्डिंग प्रक्रियाओं को बेहतर ढंग से समझने के लिए, वे एक मीटर के व्यास के साथ एक निक्षेपण कक्ष बनाने का भी इरादा रखते हैं।
