Weltraumteleskope sind eine ziemlich erstaunliche Sache. Durch den Einsatz eines Observatoriums im Orbit können Astronomen Bilder des Universums aufnehmen, die von atmosphärischen Störungen frei sind. Gleichzeitig sind sie sehr teuer zu bauen, zu warten und in den Weltraum zu starten. Wie der Fall des fehlerhaften Spiegels von Hubble gezeigt hat, muss ein Weltraumteleskop auch strengen Kontrollen unterzogen werden, da es schwierig wird, es nach dem Start zu warten.
Um dies anzugehen, untersucht die NASA die Möglichkeit, zukünftige Weltraumteleskope im Weltraum zu bauen. Ein wesentlicher Aspekt dabei ist eine Herstellungstechnik, bekannt als Atomlagenabscheidung (ALD), ein Verfahren, bei dem Materialschichten, die nicht dicker als ein Atom sind, auf einer Oberfläche abgeschieden und dann an Ort und Stelle gehärtet werden. Nun hat ein Team von von der NASA unterstützten Forschern die Möglichkeit erhalten, ALD in einer Mikrogravitationsumgebung (d. h. im Weltraum!)
Das Forscherteam umfasst Vivek Dwivedi (ein Ingenieur am Goddard Space Flight Center der NASA und Experte für ALD-Technologie) und Raymond Adomaitis – ein Professor für Chemie- und Biomolekulartechnik an der University of Maryland Institut für Systemforschung (ISR). Zusammen wurden sie vom Space Technology Mission Directorate (STMD) der NASA ausgewählt. Flugmöglichkeiten-Programm .
NASA Goddard-Ingenieur Vivek Dwivedi demonstriert die ALD-Technik. Credits: NASA/W. Hrybyk
Der ALD-Prozess wird häufig in der Industrie verwendet und beinhaltet das Einbringen einer Materialschicht (auch bekannt als Substrat) in eine ofenähnliche Reaktorkammer und die anschließende Behandlung mit Pulsen verschiedener Gasarten. Dieses Endergebnis ist ein glatter, sehr gleichmäßiger Film mit Schichten, die nur ein einziges Atom dick sind. Im Fall von Weltraumteleskopen könnte das Verfahren verwendet werden, um wellenlängenspezifische reflektierende Beschichtungen auf den Spiegel eines Teleskops aufzubringen.
Wie Dwivedi in einem kürzlich erschienenen NASA Pressemitteilung :
„Wir Technologen gehen davon aus, dass Teleskope der nächsten Generation mit einem Durchmesser von mehr als 20 Metern gebaut und im Orbit zusammengebaut werden. Anstatt die Spiegel am Boden herzustellen, warum nicht sie im Weltraum drucken? Aber Sie haben keinen Teleskopspiegel, es sei denn, Sie beschichten ihn mit einem hochreflektierenden Material. Unsere Idee ist es zu zeigen, dass wir mit dieser Technik, die wir am Boden eingesetzt haben und die Prozesse verstehen, eine Optik im Weltraum beschichten können.“
Als Teil ihrer Fluggelegenheit werden Dwivedi und Adomaitis eine ALD-Kammer sehen, die sie mit kommerziellen Standardkomponenten (COTS) gebaut haben, die an Bord einer Blue Origin . in den Weltraum geflogen werden Neuer Hirte wiederverwendbare Rakete. Während des Fluges wird die Nutzlast drei Minuten Schwerelosigkeit erfahren, gerade lange genug, damit die ALD-Kammer eine Schicht Aluminiumoxid (auch bekannt als Aluminiumoxid) auf einem 5 cm großen Siliziumwafer abscheidet.
Die New Shepard-Rakete startet von ihrer Anlage in West-Texas. Credit: Blue Origin
Dwivedi und Adomaitis hatten die Idee vor etwa zwei Jahren, nachdem ein anderer NASA-Kollege von Goddard (Franklin Robinson) einen Test über Flight Opportunities gesichert hatte validieren eine bahnbrechende Kühltechnologie für dicht gepackte Elektronik. Dieser Test beinhaltete auch die Entsendung eines Technologiedemonstrators an Bord einesNeuer HirteRakete, um zu sehen, wie sie sich in einer Mikrogravitationsumgebung verhält.
Neben der Bereitstellung eines Mittels zur Vergrößerung von Teleskopspiegeln könnte ALD auch andere Anwendungen haben, die bei der zukünftigen Weltraumforschung helfen werden. Staubminderung ist beispielsweise bei der Monderkundung eine große Notwendigkeit, da der statisch aufgeladene Regolith an allem haftet.
Die Möglichkeit, dieses Problem mit ALD zu bekämpfen, wird derzeit geprüft an Bord der ISS untersucht , wo ALD-beschichtete Proben Plasma aus einer Experimentierpalette ausgesetzt werden. Dwivedi erstellte diese Proben zusammen mit Mark Hasegawa (einem Technologen bei NASA Goddard), um zu testen, ob Indium-Zinn-Oxid in Farben und anderen Materialien verwendet werden könnte, um verhindert das Anhaften von Mondstaub zu Raumanzügen, Rovern und Ausrüstung.
Illustration von Artemis-Astronauten auf dem Mond. Credits: NASA
Über den Bau von Teleskopen im Weltraum hinaus bietet ALD einen entscheidenden Vorteil für alle Arten der Fertigung im Weltraum, sagt Dwivedi. ALD-Kammern sind auf jede beliebige Größe skalierbar und in der Lage, gleichmäßig glatte Schichten über sehr große Flächen aufzutragen. Diese Präzision wäre für die Entwicklung empfindlicher Optiken und anderer Anwendungen unabdingbar.
„Wenn wir einen Siliziumwafer auf die Größe des Großraums Washington skalieren und ihn beispielsweise in eine ALD-Kammer legen, können wir eine Materialschicht mit einer Dicke von nicht mehr als 60 Mikrometern abscheiden“, sagte er. Abgesehen von Optik und Staubminderung könnte dieser Prozess im Orbit verwendet werden, um Raumschiffe, die für andere Planeten oder sogar andere Sternensysteme bestimmt sind, ablative Abschirmungen anzubringen!
Zwischen der Herstellung im Weltraum, dem Abbau von Asteroiden und der Erforschung des Weltraums besteht ein großer Teil der Zukunft der Menschheit darin, Geschäfte in der Erdumlaufbahn und darüber hinaus zu errichten!
Weiterlesen: NASA