Cermin Membran Fleksibel Sangat Diperlukan Teleskop Luar Angkasa Saat Meluncur ke Orbit

Cermin membran yang dibuat menggunakan teknik baru cukup fleksibel untuk digulung. Ini bisa berguna untuk menyimpan kaca spion di dalam kendaraan peluncuran. Sumber gambar: © Sebastian Rabien, MPE

James Webb Space Telescope (JWST) adalah observatorium paling kuat dan canggih yang pernah dibuat. Itu juga yang paling mahal, karena kerumitan desainnya dan pengujian ketat yang diperlukan. Untuk memastikan teleskop dapat masuk ke dalam fairing muatannya, para insinyur NASA merancang JWST untuk dilipat (gaya origami) dan dibuka setelah mencapai ruang angkasa. 

Tidak mengherankan mengapa para astronom dan astrofisikawan berharap untuk mengembangkan material yang fleksibel dan ringan yang dapat mempertahankan bentuk yang sempurna dan dapat dilipat agar pas di dalam kendaraan peluncuran.

Ini berpotensi mengurangi ukuran dan massa teleskop luar angkasa serta kompleksitas desainnya, sehingga mengurangi biaya peluncuran. Selama pandemi COVID, para peneliti di Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) mengembangkan metode baru untuk memproduksi dan membentuk cermin membran parabola berkualitas tinggi. 

Bentuk cermin dapat disesuaikan dengan menerangi permukaan cermin secara selektif dan dengan demikian menciptakan perubahan suhu yang kecil. Sumber gambar: © Sebastian Rabien, MPE

Sejauh ini, tim MPE telah membuat prototipe berdiameter hingga 30 cm (12 inci) yang jauh lebih tipis dan lebih fleksibel daripada cermin konvensional. Dalam jangka panjang, metode ini dapat secara drastis mengurangi biaya pembuatan dan pemasangan teleskop luar angkasa.

Metode ini memanfaatkan teknik baru yang dikenal sebagai Chemical Vapour Deposition (CVD), yang biasanya digunakan untuk melapisi material. Dalam beberapa tahun terakhir, CVD juga menunjukkan harapan yang cukup besar dalam pembuatan bahan super seperti pita graphene, baterai nuklir miniatur, dan berlian. Bersama rekan-rekannya di MPE, Dr. Sebastian Rabien mengadaptasi metode CVD di mana molekul monomer disimpan di dalam ruang vakum, tempat mereka bergabung membentuk polimer.

Kunci dari proses ini adalah wadah berisi cairan yang berputar, menyebabkan cairan membentuk bentuk parabola yang menyediakan "cetakan" untuk membentuk membran. Ketika polimer cukup tebal, lapisan logam reflektif dilapisi di atasnya, dan cairannya dihilangkan. 

Ini adalah pertama kalinya proses tersebut digunakan untuk membuat cermin membran parabola dengan kualitas optik yang diperlukan untuk astronomi. Metode ini juga hemat biaya dan dapat dengan mudah ditingkatkan untuk membuat lensa berdiameter beberapa meter (puluhan kaki).

Prototipe yang mereka buat telah menunjukkan kelayakan metode dan meletakkan dasar untuk produksi cermin yang lebih besar dan dapat dikemas. Seperti Dr Rabien, seorang spesialis dalam astronomi inframerah, mengatakan dalam siaran pers MPE baru-baru ini :

“Meluncurkan dan menggunakan teleskop ruang angkasa adalah prosedur yang rumit dan mahal. Pendekatan baru ini – yang sangat berbeda dari produksi cermin biasa dan prosedur pemolesan – dapat membantu mengatasi masalah berat dan pengemasan untuk cermin teleskop… ini meletakkan dasar untuk sistem cermin yang dapat dikemas lebih besar yang lebih murah dari biasanya.”

Cermin tipis dan ringan yang dibuat menggunakan teknik ini dapat dengan mudah dilipat atau digulung untuk diluncurkan di atas roket. Untuk memastikan bahwa cermin dapat mempertahankan bentuk parabolanya setelah dibuka di ruang angkasa, tim mengembangkan kontrol bentuk adaptif yang menggunakan proyeksi cahaya variabel spasial. 

Saat diterapkan pada cermin, teknik ini menyebabkan perubahan suhu lokal yang menyebabkannya membengkok dan mengambil bentuk yang tepat. Di luar teleskop luar angkasa, teknik ini juga dapat diterapkan untuk observatorium generasi mendatang di Bumi.

Di tahun-tahun mendatang, beberapa observatorium dengan cermin utama berdiameter 30 meter (mendekati 100 kaki) akan beroperasi. Ini termasuk Teleskop Sangat Besar (ELT) ESO, Teleskop Magellan Raksasa (GMT), dan Teleskop Tiga Puluh Meter (TMT). Observatorium ini akan mengandalkan Optik Adaptif (AO), di mana cermin menyesuaikan bentuknya untuk mengkompensasi gangguan atmosfer. Teknik baru ini dapat digunakan untuk membuat cermin yang sangat besar yang ringan, fleksibel, dan lebih murah untuk diproduksi.

Langkah selanjutnya untuk tim peneliti adalah mengembangkan sistem kontrol adaptif yang lebih canggih dan membangun ruang pengendapan berukuran satu meter (3,3 kaki). Ini akan memungkinkan prototipe yang ditingkatkan dan menyediakan sarana untuk menguji seberapa baik permukaan akhir dapat dibentuk dan seberapa banyak distorsi awal yang dapat ditoleransi oleh cermin. Prototipe yang lebih besar juga akan memungkinkan tim untuk mempelajari struktur permukaan cermin primer skala besar dan seberapa baik mereka dapat terungkap.

Baca lebih lanjut di situs resmi Max Planck Institute of Extraterrestrial Physics, MPE.