Новый сплав поможет в создании телескопов для открытия экзопланет

Уникальный сплав NASA с отрицательным тепловым расширением обеспечивает стабильность в пределах десятков пикометров.

Инженеры создали материал, который сжимается при нагреве и компенсирует деформации других компонентов телескопов

Источник: NASA

Ученые из компании ALLVAR совместно с Центром космических полетов NASA и Лабораторией реактивного движения NASA разработали уникальный сплав, который может стать основой сверхстабильных телескопов. Разработка была представлена на конференции Общества инженеров фотооптического приборостроения, сообщило NASA.

Телескоп NASA Nancy Grace Roman на этапе сборки: видны опорные конструкции для зеркал. Тонкие черные стойки, удерживающие дополнительное зеркало, могут вносить до 30% оптической погрешности — столько же добавляет и массивная нижняя опора под основным зеркалом

Источник: NASA

Сплав ALLVAR Alloy 30 обладает редким свойством — он сжимается при нагревании и расширяется при охлаждении, что называется отрицательным тепловым расширением. Его коэффициент теплового расширения при комнатной температуре равен −30 ppm/°C. Это означает, что фрагмент этого сплава NTE длиной 1 метр сожмется на 0,003 мм при каждом повышении температуры на 1°C. Такое поведение позволяет ему компенсировать деформации других материалов, которые расширяются при температурных колебаниях, например, титана или инвара. Для сравнения, алюминий при комнатной температуре расширяется со скоростью +23 ppm/°C.

Гексапод с шестью стойками из уникального сплава ALLVAR проходит проверку стабильности в Университете Флориды. Измерения интерферометром показали, что шум в длине стоек значительно ниже допустимого порога, что подтверждает их пригодность для сверхточных телескопов

Источник: NASA

Эта особенность важна для телескопов, которым требуется предельная точность и конструкционная стабильность. Будущая Обсерватория обитаемых миров NASA будет искать планеты с потенциальной атмосферой и признаками жизни. Чтобы уловить слабый свет экзопланеты рядом с яркой звездой, телескоп должен различать контраст с точностью 1 к миллиарду — в тысячу раз лучше, чем телескоп «Джеймс Уэбб». Для этого его механическая стабильность должна достигать уровня 10 пикометров — примерно одной десятой диаметра атома.

Тестирование гексаподной конструкции из сплава ALLVAR при изменении температуры от 293К до 265К. На графике слева показано, как форма зеркала меняется менее чем на 5 нанометров. Красные участки — результат несовпадения расширения материалов, синие и зеленые — почти без изменений

Источник: NASA

Испытания во Флоридском университете показали, что гексаподная структура, созданная с использованием нового сплава, достигла стабильности 11 pm/√Hz — почти в пределах целевого уровня. Кроме того, в ходе тестов NASA зафиксировала, что при температурных перепадах в 28°C зеркала на такой опоре деформируются менее чем на 5 нанометров — по меркам астрономии это ничтожно мало.

ALLVAR Alloy 30 уже применяется в других проектах NASA, в том числе в миссии LuSEE Night, которая отправится на Луну. Сплав помогает управлять тепловыми процессами и сохраняет геометрию конструкций даже в экстремальных условиях. В будущем такие материалы могут использоваться не только в космосе, но и в квантовых компьютерах, медицине и ядерной энергетике.

Ранее Наука Mail рассказывала о том, что британский стартап тестирует выращивание кристаллов в космосе.