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Par Optica13 mai 2023

Les chercheurs ont développé une nouvelle façon de fabriquer des miroirs de télescope qui pourrait permettre de placer en orbite des télescopes beaucoup plus grands, et donc plus sensibles. Crédit : Sebastian Rabien, Institut Max Planck de physique extraterrestre

Des miroirs à la fois légers et flexibles pourraient être enroulés de manière compacte pour le lancement, puis remodelés avec précision une fois déployés.

Les scientifiques ont développé une nouvelle méthode pour produire et façonner de grands miroirs de haute qualité, nettement plus fins que les miroirs primaires traditionnellement utilisés dans les télescopes spatiaux. Ces miroirs résultants possèdent suffisamment de flexibilité pour être enroulés et emballés efficacement dans un vaisseau spatial lors du lancement.

"Le lancement et le déploiement de télescopes spatiaux sont une procédure compliquée et coûteuse", a déclaré Sebastian Rabien de l'Institut Max Planck de physique extraterrestre en Allemagne. "Cette nouvelle approche, très différente des procédures classiques de production et de polissage de miroirs, pourrait aider à résoudre les problèmes de poids et d'emballage des miroirs des télescopes, permettant ainsi de placer en orbite des télescopes beaucoup plus grands, et donc plus sensibles."

Les chercheurs ont créé les miroirs en utilisant le dépôt chimique en phase vapeur pour faire croître des miroirs à membrane sur un liquide en rotation à l’intérieur d’une chambre à vide. Cela leur a permis de former une fine membrane parabolique qui peut être utilisée comme miroir principal d'un télescope une fois recouverte d'une surface réfléchissante telle que l'aluminium. Crédit : Sebastian Rabien, Institut Max Planck de physique extraterrestre

Dans la revue Applied Optics d'Optica Publishing Group, Rabien rapporte la fabrication réussie de prototypes de miroirs à membrane parabolique atteignant 30 cm de diamètre. Ces miroirs, qui pourraient être agrandis aux tailles nécessaires dans les télescopes spatiaux, ont été créés en utilisant un dépôt chimique en phase vapeur pour faire croître des miroirs à membrane sur un liquide en rotation à l'intérieur d'une chambre à vide. Il a également développé une méthode qui utilise la chaleur pour corriger de manière adaptative les imperfections qui pourraient survenir après le dépliage du miroir.

"Bien que ce travail ait seulement démontré la faisabilité des méthodes, il jette les bases de systèmes de miroirs plus grands et moins coûteux", a déclaré Rabien. "Cela pourrait faire de miroirs légers de 15 ou 20 mètres de diamètre une réalité, permettant ainsi des télescopes spatiaux d'un ordre de grandeur plus sensibles que ceux actuellement déployés ou en projet."

La nouvelle méthode a été développée pendant la pandémie de COVID-19, ce qui, selon Rabien, lui a donné plus de temps pour réfléchir et essayer de nouveaux concepts. "Au cours d'une longue série de tests, nous avons étudié de nombreux liquides pour déterminer leur utilité pour le processus, étudié comment la croissance du polymère peut être réalisée de manière homogène et travaillé pour optimiser le processus", a-t-il déclaré.

Pour le dépôt chimique en phase vapeur, un matériau précurseur est évaporé et divisé thermiquement en molécules monomères. Ces molécules se déposent sur les surfaces dans une chambre à vide puis se combinent pour former un polymère. Ce procédé est couramment utilisé pour appliquer des revêtements tels que ceux qui rendent l'électronique résistante à l'eau, mais c'est la première fois qu'il est utilisé pour créer des miroirs à membrane parabolique dotés des qualités optiques nécessaires à une utilisation dans les télescopes.

Les miroirs à membrane fabriqués selon cette nouvelle technique sont suffisamment flexibles pour être enroulés. Cela pourrait être utile pour stocker les miroirs à l’intérieur d’un lanceur. Crédit : Sebastian Rabien, Institut Max Planck de physique extraterrestre

Pour créer la forme précise nécessaire à un miroir de télescope, les chercheurs ont ajouté un récipient rotatif rempli d'une petite quantité de liquide à l'intérieur de la chambre à vide. Le liquide forme une forme parabolique parfaite sur laquelle le polymère peut croître, formant ainsi la base du miroir. Lorsque le polymère est suffisamment épais, une couche métallique réfléchissante est appliquée sur le dessus par évaporation et le liquide est éliminé par lavage.

"On sait depuis longtemps que les liquides en rotation alignés avec l'axe gravitationnel local formeront naturellement une surface paraboloïde", a déclaré Rabien. "En utilisant ce phénomène physique fondamental, nous avons déposé un polymère sur cette surface optique parfaite, qui a formé une fine membrane parabolique qui peut être utilisée comme miroir principal d'un télescope une fois recouverte d'une surface réfléchissante telle que l'aluminium."