Обсуждение космических программ
9,236,115 41,501
 

  caSmith ( Слушатель )
02 май 2024 19:32:37

Орбитальный 50м жидкий телескоп?

новая дискуссия Дискуссия  1.364

NASA перешло на второй этап разработки гигантских жидких зеркал для космических телескопов
Цитата
Традиционные технологии зеркальных телескопов упёрлись в непреодолимые ограничения. Какое-то время спасало сегментирование зеркал, но даже телескопы с сегментным зеркалом диаметром больше 10 м считаются абсолютно неприемлемыми для космоса. Но без больших телескопов астрономия, астрофизика и даже физика крайне замедлятся, если учёные и инженеры не найдут выхода из этой ситуации. И выход есть может быть в жидких зеркалах.



Художественное представление телескопа с 50-м жидким зеркалом. Источник изображения: NASA



Специалисты NASA совместно с израильскими исследователями из Техниона (Израильского технологического института) несколько лет назад начали работу по проекту FLUTE. К недавнему времени проект завершил первую фазу проработки и начал вторую. В рамках проекта готовится технико-экономическое обоснование и ведётся проработка концепции и отдельных критически важных деталей по созданию космической обсерватории с 50-метровым жидким зеркалом. Зеркало ограничено диаметром 50 м, чтобы проект мог быть материально осуществим в течение следующих 15–20 лет.

Предварительно технология жидких зеркал для телескопов уже была успешно и испытана в лабораторных условиях на Земле и на борту МКС в условиях микрогравитации. Размер здесь не имеет значения. Жидкость может одинаково растекаться по чайной ложке, по 50-метровому ложу, 100-м и так далее, насколько хватит воображения и средств. Диаметр зеркала 50 м признан таким, который приведёт к прорыву в астрономии, а не проделает дыру в бюджете.

На первом этапе исследования были изучены варианты жидкостей для зеркал, что привело к остановке на ионных жидкостях. В общем случае это расплавы солей. После выбора типа жидкости встала задача повысить отражательную способность наиболее подходящих вариантов расплавов. Также во время первого этапа работ по проекту было проанализировано несколько альтернативных архитектур рамы главного зеркала. Каркасы рассматривались с позиций поведения жидкости во время манёвров, как и в зависимости от колебаний температуры.

На основании сделанного выбора и проделанной работы, учёные разработали подробную концепцию миссии для 50-метровой жидкостно-зеркальной обсерватории и создали набор начальных концепций для создания демонстрационного малого космического аппарата на низкой околоземной орбите.

На втором этапе работ команда проекта продолжит разработку ключевых элементов концепции миссии. В частности, продолжится анализ подходящих архитектур рам зеркал и моделирование их динамических свойств. В свете последних достижений в области ИИ для дальнейших исследований привлекут машинный интеллект, который поможет с конструкцией и поиском жидкостей с лучшей отражательной способностью. Начнётся проработка цепочки оптической передачи от зеркала к приборам обсерватории, а также более детальная проработка концепций наиболее ответственных узлов обсерватории.

Наконец, во время второго этапа будет создана концепция демонстратора, который будет отправлен на орбиту для проверки идей на практике. Всем, кто доживёт до реализации этого проекта в масштабе остаётся только позавидовать — с ожидаемой детализацией Вселенную ещё никто не видел.
  • +0.13 / 9
  • АУ
ОТВЕТЫ (42)
 
 
  Aliot ( Слушатель )
03 май 2024 07:52:25

Емнип, Джеймс Вуд  первый сделал такую штуку в прошлом веке, в 20х емнип.
Налил ртути в здоровенную бадью и раскрутил. В результате компромисса
гравитации и центробежной силы получилось идеальное параболическое
зеркало. Провда, этот телескоп всегда смотрел точно в зенит😀
Как авторы этого прожекта будут крутить в космосе эти зеркала , а самое
главное- деньги...ну, время  покажет😀😀😀
  • +0.11 / 5
  • АУ
 
 
  caSmith ( Слушатель )
03 май 2024 10:05:24

Тоже читал в детстве, и даже пробовал на проигрывателе.

Потребуется вращение в двух плоскостях, и то не уверен, что получится, для чистой параболы радиус искусственной гравитации должен быть большим для линейного размера 50м.
  • +0.01 / 1
  • АУ
 
 
 
  mse ( Слушатель )
03 май 2024 11:13:54

Вторичным зеркалом рефлектора можно скомпенсировать.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
  mich ( Слушатель )
03 май 2024 11:56:58

а можно чуть поточнее? как оно параболическим становится то?
по какому слову гуглить....
  • -0.01 / 1
  • АУ
 
 
 
  basilevs ( Слушатель )
03 май 2024 12:33:25


Liquid-mirror telescope

Куча их. Но как такую штуку сделать на орбите - не очень понятно. Разве что крутить эту бадью сразу по двум осям. Но тогда непонятно, как с её помощью куда-либо прицеливаться. Да и параболы нормальной тогда не будет (см PPS).

PS: Вот, например, ILMT индийский. Диаметр зеркала 4 метра


PPS:
Параболический он потому, что столб ртути создаёт давление пропорционально своей высоте (условно, координата Y) ибо силя тяжести постоянна. А центробежная сила пропорциональна R при постоянной частоте вращения, то бишь давление "горизонтального столба" пропорционально R^2 (координата X).

Получается Y ~ X^2, парабола
  • +0.13 / 7
  • АУ
 
 
 
 
  mse ( Слушатель )
03 май 2024 17:58:09

А если замёрзнет? Из какого-нить галлия, разогреть до 60-70, раскрутить и дать остыть.
  • +0.03 / 1
  • АУ
 
 
 
 
 
  OlegNZH-2 ( Слушатель )
04 май 2024 11:16:26

ХМ .Если раскрутить в невесомости - то оно точно параболой станет? С какого лешего? На земле - две силы формируют , там одна будет (не . кольцо можно сформировать - но из него телескоп - как из г*  пуля(с), зато будет Красивое Кольцо. ).  ....И замёрзнет-ли? При солнечной постоянной около киловатта на метр кв. Альбедо у галлия какое?
  • +0.03 / 1
  • АУ
 
 
 
 
 
 
  НАлЕ ( Слушатель )
04 май 2024 11:47:06

С чего это одна?
Куда Вы силу гравитации-то дели?
Даже в невесомости она никуда не девается.
Другое дело, что на Земле этих сил и не две, а больше.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
  OlegNZH-2 ( Слушатель )
04 май 2024 12:19:11

Да ладно ... Если уж про гравитацию разговор пошёл . Моё предложение - вывести на орбиту "кирпич"(цилиндр) , диаметром с зеркало . Массой ...хммм... чем больше- тем лучше (вот только не нужно напоминать - Какая Это Должна быть Масса!) . Прилепить к задней поверхности предполагаемого зеркала , маленько всё это хозяйство раскрутить(только зеркало) - и Ждать . Годы - это не беда (с).  Гравитационная постоянная сделает параболу у Зеркала .Подмигивающий..... Самое интересное- что сначала заглянем в Дальние Уголки Космоса , и по мере уменьшения фокусного расстояния - всё ближе и ближе  и ближе, обзор- "Ширше"! ..  Планы для исследований могут быть на миллионы лет! Шокированный...
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
  caSmith ( Слушатель )
04 май 2024 13:43:34

В невесомости гравитация есть, а реакции опоры нет. Придется обеспечить равноускоренное движение и вращение вокруг вектора направления этого ускорения, тогда получится парабола при застывании чего-то там. Либо раскрутить вокруг общего центра масс телескоп с противовесом, и закрутить сам телескоп вокруг троса, и ждать, когда застынет.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
  Pnb ( Слушатель )
04 май 2024 14:12:19

Не стоит. При застывании покоробится от изменения плотности. Жидкость как раз хороша тем, что при любой температуре независимо от сжатия или расширения будет парабола.
  • +0.04 / 2
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  caSmith ( Слушатель )
04 май 2024 14:40:37

Тогда лично мне не хватает фантазии представить схему такого орбитального реально жидкого телескопа.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  mse ( Слушатель )
04 май 2024 15:07:48

Адаптивной оптикой исправят. Хаббл, который 30+ лет ужэ летает с кривым главным зеркалом, починен имана таким способом.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  OlegNZH-2 ( Слушатель )
04 май 2024 18:01:15

Тактика - нормальная .  Сначала сломать всё , что можно  - потом исправлять ..трудолюбиво .
  • +0.00 / 2
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  mse ( Слушатель )
04 май 2024 18:17:56

Если работает, то пох. Щас любой телескоп большого диаметра с адаптивной оптикой. И никто не жалуется.
  • +0.01 / 1
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  dmitriк62 ( Слушатель )
04 май 2024 19:52:28

    
А вот если адаптивная оптика в космосе - как там создать искусственную звезду для калибровки?
Думающий
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  caSmith ( Слушатель )
04 май 2024 22:11:52

Спутник спутника?
  • -0.03 / 1
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  mse ( Слушатель )
05 май 2024 12:08:20

Посмотреть на настоящую.
  • -0.01 / 6
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  dmitriк62 ( Слушатель )
05 май 2024 16:33:02

   
Так а зачем тогда на земле городят все эти сложности с искусственной звездой, когда можно "посмотреть на настоящую"?!?!
Шокированный
  • -0.01 / 1
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  User78 ( Слушатель )
05 май 2024 16:54:30

На поверхности Земли наблюдениям мешает атмосфера со своими тепловыми потоками и турбулентностями. Чтобы откалиброваться включают лазер и получают искусственную звезду без влияния турбулентности. В космосе это не нужно, как не нужна и адаптивная оптика.
  • +0.02 / 8
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  mse ( Слушатель )
05 май 2024 17:02:18

Потому, что неоднородности в атмосфере нестационарные. Их нужно компенсировать за миллисекунды. На орбите надо скомпенсировать искажение от неидеальности один раз.
  • +0.12 / 8
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  caSmith ( Слушатель )
05 май 2024 19:33:16

Оптимистично.

Ещё более оптимистично про один раз. Это же будет довольно хлипкая и ажурная конструкция.
  • +0.03 / 1
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  mse ( Слушатель )
05 май 2024 22:54:33

Пусь не один раз. Что это меняет? Какие силы будут её деформировать?
  • +0.06 / 2
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  adolfus ( Слушатель )
06 май 2024 01:25:06

Инерции. Ось зеркала же нужно поворачивать иногда в разных направлениях.
  • +0.03 / 1
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  caSmith ( Слушатель )
06 май 2024 07:45:23

И вообще.
В статье на английском говорится о жидких затвердевающий линзах в оправе. По крайней мере на этапе земных экспериментов.
Цитата«Затвердевающей жидкостью мы наполняли круглый каркас, погруженный в воду. Мы создавали линзы в ведре, которое позаимствовали у местного уборщика», — рассказывает автор метода Валерий Фрумкин (Valeri Frumkin). Фрумкин состоит в исследовательской группе Морана Берковичи (Moran Bercovici), профессора инженерной механики в «Технионе». Качество поверхности у получившихся линз было не хуже, чем у изготовленных традиционным методом, а производство шло гораздо быстрее


Планировался эксперимент на МКС в 2022 году. Как прошло - не встречал.

И никакого вращения не нужно.
Жидкость в невесомости принимает форму шара под воздействием сил поверхностного натяжения, а помещенная в оправу - тут варианты возможны. А затвердев от ультрафиолета, которого в космосе полно, или инфракрасного излучения, превратится в относительно жёсткую конструкцию.
Если идёт разговор о 50-100м диаметре одной линзой, то это затмевает строящийся наземный супертелескоп, Магелланов, семилинзовый 24-х метровый, который войдёт в строй в тридцатых.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  Exebiche ( Слушатель )
06 май 2024 09:27:51

Я в детстве натянул на литровую кружку лопнувший воздушный шарик, то, что от него осталось. Резина плотно обхватила края кружки и, когда я чуть нажал на резину, воздух вышел и получилась идеальная вогнутая поверхность. Я ещё тогда подумал: - Нельзя ли это для изготовления параболических антенн использовать? Так вот - по этому принципу никак зеркало не сделать? Подобрать материал для мембраны, натянуть её внутри некоего "барабана" с одной прозрачной стенкой и закачать, с прозрачной стороны, внутрь газ. Регулируя давление можно изменять кривизну зеркала. Вот только как с точностью поверхности зеркала будет?...
  • +0.03 / 3
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  adolfus ( Слушатель )
06 май 2024 10:23:10

Гиперболический профиль можно сформировать профилируя упругость мембраны по радиусу. В надутом состоянии будет устойчива.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  adolfus ( Слушатель )
06 май 2024 10:21:15

Дело в том, что гидродинамические явления не масштабируются -- уравнения движения жидкости, в том числе и динамика поверхности раздела жидкость-среда нелинейны. Значит в процессе "выдува" "линзы" возникнут неустойчивости. Силы поверхностного натяжения пропорциональны кривизне и в случае каких-либо отклонений от сферичности поверхности разовьются поверхностные волны. Любые колебания поверхности -- это движение жидкости в объеме, а любое движение жидкости с ростом размеров области движения приводит к турбулентности (Re). Мало того, даже ламинарное сходящееся к центру движение жидкости быстро распадается на вихри (каустика). Т.е удерживать жидкость в компактной форме не получится. Соответственно, не получится и никакой правильной преломляющей поверхности. Жидкий шар в процессе даже сформироваться не успеет, как превратится в гантелю, перетяжка лопнет и большой объем развалится на два поменьше и несколько маленьких. Оболочка так же не спасет от колебаний поверхности, поскольку поверхностные силы опять же пропорциональны кривизне и их работа в случае больших размеров "капли" не сможет остановить колебания.

Как вариант, в комос выводится тяжелая оболочка с топологией сферы, надувается и вращается вокруг некоторой оси. Оболочка профилируется по поверхностной плотности или упругости по широте, в результате чего формируется "яйцо" с длинной осью вдоль оси вращения и гиперболическим профилем на остром конце. Если оболочка сделана из материала, обладающим сильными неупругими свойствами, поверхностные колебания можно удерживать под контролем.
Острая половина изнутри покрывается отражающим слоем. Если оболочка прозрачна в требуемом диапазоне, она так и остается в надутом состоянии. Остается решить проблему микрометеоритов.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  mse ( Слушатель )
06 май 2024 10:24:02

Ну да, а соорудить оправу 100м с точностью для оптики, это как два пальца.
  • +0.04 / 2
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  SteamDwarf ( Слушатель )
06 май 2024 13:23:30

Вот всегда меня это удивляло. Фигня делов, надуем зеркало, потом откорректируем… ага, щас. Простой опыт - берем заготовку для зеркала любительского телескопа. Без покрытия, голая стекляшка. И смотрим на поверхность методом ножа Фуко. Древняя технология, позволяет получать поверхности с отклонением менее 1/10 длины волны для оптики. Врукопашную. Вот. Берем такое зеркало, и касаемся его пальцем. Держим 30 сек, убираем. В этом месте увидим бугор, который полностью рассосется через несколько минут. Просто потому, что стекло расширилось от тепла пальца. Все это можно проделать дома на кухне, равно как и зеркало такое сделать. 
О чем спич: требования к форме зеркала для серьезного инструмента носят тот же порядок, но достичь этого тем сложнее, чем больше размер. Забудьте про надувные, наливные и прочие экзотические зеркала. Для оптики - точно нет. Не те допуски. А вот сегментная адаптивная оптика для орбитального телескопа самое то. Для компенсации накапливающихся со временем погрешностей адаптивная оптика - то, что доктор прописал. Сегментированое зеркало позволяет масштабировать задачу, резко снизить стоимость сегмента за счет их количества. А если на орбите что-то пойдет не так, можно будет отрихтовать прям с Земли. Уже к тому же Уэббу не слетаешь для ремонта. И далеко, и не на чем.
  • +0.12 / 7
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  caSmith ( Слушатель )
06 май 2024 15:05:07

Вы же своими грубыми словами людям мечту убиваете.

Допуски для стометрового зеркала такие же, как для двухметрового?

Спроектировать, сделать, собрать, запустить, разложить и отюстировать сегменты Уэба - это научный подвиг.

Как насчёт электромагнитного натяжения заряженной мембраны? Жёсткая ячеистая ферма и рядом натянутая мембрана противоположно заряженные.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  SteamDwarf ( Слушатель )
06 май 2024 19:29:43

Мечтать - полезно. Но мечты без подтверждающего инженерного расчета, хотя бы на салфетке - пустая трата времени в большинстве случаев.
Порядок допуска такой. Сильно зависит от размера элемента матрицы. И это только один из параметров. Приведен рпди примера, как наиболее наглядный. Просто люди в быту не представляют, насколько малы допуски оптических поверхностей. Отклонение от идеальной формы, измеряемое в нанометрах - вполне достижимый результат. 
Про электростатику - не знаю, не считал. Вообще, учитывая, что почти любая пленка при производстве испытывает растяжение в одном направлении, астигматизм будет жуткий.
Любая неоднородность в теле пленки испортит дело, да и форма мембраны под давлением или под электростатикой мне непонятна.
  • +0.06 / 2
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  caSmith
10 май 2024, 18:27:02
  • Загрузить
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  mse ( Слушатель )
06 май 2024 10:22:06

Пока поворачиваем, упруго деформируется, остановились, приняла нормальную форму. Если уж слишком хлипкое поделие, поворачиваемся медленно.
  • -0.06 / 2
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  adolfus ( Слушатель )
07 май 2024 21:13:20

Вы забываете о колебаниях. И пластических деформациях. Чем больше размеры, тем больше деформации, соответственно, выше вероятность превысить предел упругих деформаций. Чем меньше размеры тела, тем предсказуемо оно себя ведет. Пока справились с теми размерами, катороые имеют части зеркала Вебб,а.
  • +0.01 / 1
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  mse ( Слушатель )
07 май 2024 23:42:40

Ну, колебания, это демпферы. Да и нет смысла перекладывать зеркало с мегаскоростями. За полчаса-час сменили направление и ладушки. Ворочать-то, походу, будут какими-нить плазменными движками с тягой 0,1-0,5Н.
Но да, сегментное зеркало смотрится технологичнее. Особенно, если делать конструктор. Типа вывели базу с одним сегментом, метра полтора, к станции. Посмотрели, что всё пашет. Потом подогнали пачку сегментов и на станции не торопясь, смонтировали. Проверили и пущай летит.
  • +0.01 / 1
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  caSmith ( Слушатель )
08 май 2024 06:44:53

Одно зеркало лучше сегментированного, ибо сегментация - от технологического бессилия, даже на земле.
Монтаж прецизионного оборудования в открытом космосе то ещё приключение, там просто гайку закрутить уже проблема, которую приходится героически решать.
Никуда в "раскрытом" виде никакой телескоп не полетит, ибо сломается/испортится.
  • +0.00 / 0
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  mse ( Слушатель )
08 май 2024 10:34:21

Вы так говорите, будто это что-то плохое.
Вывести 10-20м конструкцыю в космос, можно только в сложэнном виде. Пичялька. Вот и приходица извращаться. Стоит отметить, что в Хуббле, тожэ всё прецизионно, шопедесц. Однакож, если конструкция соответствующим образом изготовлена, то и в космосе можно заниматься прецизионными работами.
X
08 май 2024 13:23
Предупреждение от модератора Liss:
Прошу воздержаться от искажения русского языка. Будете продолжать -- буду расценивать как троллинг. А пока на сутки за мат.
  • -0.03 / 6
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  Alexandr_A ( Слушатель )
08 май 2024 14:53:26


Конструкции предназначенные для работы в условиях микрогравитации и таких же ускорений, приходится делать с расчетом перегрузки при выводе на орбиту. Ясное дело, будущее за технологиями строительства очень слабых конструкций прямо в космосе. Пока что в этом деле мы находимся в доисторической эпохе. Так и будет, пока кто-нибудь не сделает что-нибудь полезное. Например, ДЗЗ с 50 м зеркалом.
  • +0.01 / 1
  • АУ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  caSmith ( Слушатель )
08 май 2024 16:05:57

Уэбб спокойно вышел на орбиту в точку Лангража. Но понятно, что это чудо техническое.

С допуском 1/10 длины волны?

Это бесполезно. Атмосфера ограничивает разрешающую способность оптики, а не линза.
  • -0.03 / 1
  • АУ
 
 
 
  SteamDwarf ( Слушатель )
03 май 2024 16:05:33

ЕМНИП, там подразумевается использование ферромагнитной жидкости и магнитной системы для формирования поверхности. В земных условиях используется ртуть, есть достаточно крупные инструменты - 6м в Канаде, поменьше - в Индии строили, не знаю, как пошло. У канадцев результаты были, очевидно, для узкой полосы в зените. Очень специфический прибор, схема с сегментированым управляемым зеркалом мне кажется более интересной. Например, зеркало крайне полезно охладить, а с жижей это проблема. Тезис о том, что эта технология подошла к своему пределу считаю полной херней.
  • +0.11 / 5
  • АУ
 
 
 
  Aliot
13 май 2024, 08:21:10
  • Загрузить
 
<< Минус IRIS с кабиной управления, расчетом и складом ракет
Турция >>