太空紫外/光学/红外天文学的未来需要更大的望远镜。最优先的天体物理目标,包括类地系外行星、第一代恒星和早期星系,都非常微弱,这对当前的任务提出了持续的挑战,也是下一代望远镜的机会空间:更大的望远镜是解决这个问题。

流体望远镜实现下一代大型空间天文台

由于任务成本很大程度上取决于孔径直径,因此将当前的太空望远镜技术扩展到10m以上的孔径尺寸在经济上似乎不可行。如果大型望远镜的可扩展技术没有突破,天体物理学的未来进步可能会减慢甚至完全停滞。因此,需要具有成本效益的解决方案来将太空望远镜扩大到更大的尺寸。

FLUTE项目旨在克服当前方法的局限性,为拥有大孔径、不分段液体主镜的空间天文台铺平道路,适用于各种天文应用。这种镜子将通过一种基于微重力流体成形的新颖方法在太空中制造,该方法已经在实验室中性浮力环境、抛物线微重力飞行和国际空间站(ISS)上成功演示。

理论上,该技术具有尺寸不变性,可生产出具有卓越的亚纳米(RMS)表面质量的光学元件。为了使这一概念在未来15-20年内通过近期技术和现实成本得以实施,我们将主镜的直径限制在50米。

在第一阶段研究中,我们:

探索了镜面液体的选择,决定专注于离子液体

对具有合适特性的离子液体进行了广泛的研究

研究离子液体反射率增强技术

分析了主镜框的几种替代架构

对回转操纵和温度变化对镜面的影响进行建模

为50米射流镜天文台制定了详细的任务概念

为低地球轨道上的小型小型航天器演示创建了一系列初始概念。

在第二阶段,我们将继续完善我们使命概念的关键要素。首先,我们将继续分析合适的镜框架构并对其动态特性进行建模。

其次,我们将在基于机器学习的建模和实验工作中采取下一步行动,开发离子液体的反射率增强技术。

三是进一步推进液镜动力学建模工作。特别是,我们将重点关注对其他类型的外部扰动(航天器控制加速度、潮汐力和微陨石撞击)的影响进行建模,以及分析和建模热马兰戈尼效应对注入纳米粒子的离子液体的影响。

第四,我们将创建从液体镜面到科学仪器的光链模型。第五,我们将进一步发展更大规模、50米孔径天文台的任务概念,重点关注其风险最高的要素。

最后,我们将结合在这项工作的其他部分中获得的知识,完善近地轨道小型航天器技术演示任务的概念。