Fuera lo viejo, adentro con el Nuevo: Telescopio Espejos Consigue Nueva Forma

Espejos para telescopios de edad básicamente vinieron en una forma: eran redondas y encajan muy bien dentro de un tubo. No más. Una tecnología óptica emergente permite ahora estos dispositivos de recolección de luz para tomar casi cualquier forma, lo que podría proporcionar una mejor calidad de imagen en un mayor campo de visión - todo en un paquete más pequeño.

La óptica de forma libre llamados, esta tecnología emergente espejo, provocada por los avances en la fabricación y las pruebas controlado por ordenador, ha provocado un cambio radical en la ingeniería óptica. Al ver el beneficio de la "patata chip de forma" o óptica asimétrica, los ingenieros ópticos de la NASA en el Centro de Vuelo Espacial Goddard en Greenbelt, Maryland, se han movido rápidamente para establecer una experiencia en esta tecnología emergente.


A óptica rotacionalmente simétrica se utiliza tradicionalmente en los telescopios. La óptica de forma libre a la derecha toma una forma diferente y
A óptica rotacionalmente simétrica se utiliza tradicionalmente en los telescopios. La óptica de forma libre a la derecha toma una forma diferente y ahora está siendo investigado para su uso en instrumentos basados ​​en el espacio.
Créditos: NASA
"El uso de la óptica de forma libre puede reducir significativamente el tamaño del paquete, así como mejorar la calidad de la imagen", dijo Joseph Howard, que está trabajando con el ingeniero Goddard Garrett West diseñar en última instancia, integrar y probar un telescopio óptico de forma libre y dos de espejo para la imagen y aplicaciones espectroscópicas.

De acuerdo con ambos Howard y Occidente, la tecnología representa una gran promesa para los científicos que quieren desarrollar telescopios compactos para CubeSat y otros satélites pequeños - una alternativa cada vez más popular y rentable a las misiones más tradicionales que son más caros de construir y lanzar.

"Si usted quiere poner estos telescopios en una caja más pequeña, es necesario dejar que los espejos se doblan como una patata frita", explicó Howard.

Con tradicionales telescopios de dos espejos que consisten en un espejo primario de recolección de luz y, espejos secundarios más pequeños, que retransmiten la luz entrante y dirigirla a un detector, la simetría de rotación - en otras palabras, redondos - espejos deben estar alineados a lo largo del eje del sistema para reducir las aberraciones ópticas que producen imágenes borrosas.

Con la óptica de forma libre, sin embargo, los espejos pueden asimétricos mejor correcta para estas aberraciones para proporcionar un campo de visión más amplio utilizable, así como reducir drásticamente la trayectoria de la luz, o el tamaño del paquete.

Como parte de su esfuerzo de investigación, Howard y West evaluaron recientemente el sistema óptico de un instrumento de medición de la costa, originalmente equipado con nueve espejos simétricas. Mediante la sustitución de los espejos con óptica de forma libre, que fueron capaces de reducir el tamaño y número de espejos a seis, la reducción de embalaje global del telescopio en más de diez veces.

También han seleccionado un candidato y dos espejos de diseño telescopio óptico de forma libre, y ahora están a la espera de la entrega de los dos espejos de forma libre con la que planean montar un instrumento prototipo para la prueba. "Nuestros estudios de diseño sugieren que un factor de cinco o más de reducción en el volumen de instrumentación óptica se puede lograr mediante superficies de forma libre", dijo Howard, añadiendo que la calidad de imagen también mejora considerablemente.

El próximo año, el equipo planea continuar probando su instrumento de dos espejo, que incluye un espejo de forma libre fabricados con la impresión 3-D, también llamada la fabricación aditiva. Esto amplía el trabajo de otro esfuerzo de I + D que se desarrolló los primeros telescopios de imágenes montadas casi exclusivamente con 3-D piezas fabricadas. Con esta técnica, un láser controlado por ordenador se funde el material en lugares precisos como se indica por un modelo CAD 3-D. Debido a que el espejo se construirá capa por capa, será posible construir un espejo con cualquier forma.

El equipo cree que la tecnología podría ser cambio de juego para un número de misiones futuras, incluidos los instrumentos de exoplanetas de imagen. "La NASA se beneficiará", dijo Howard. "Óptica Freeform serán críticos. Permitirán más grandes campos de visión y encajar en paquetes de tamaño limitado, como las que se encuentran en CubeSats y satélites pequeños, o en misiones más grandes, donde las asignaciones de espacio son muy ajustados ", dijo Howard.

Para acelerar la curva de aprendizaje, Howard y su colega, ingeniero Garrett West, establecieron un grupo llamado el Endeavor Freeform Óptica Grupo de Investigación (FORJA). El grupo supervisa la investigación de forma libre óptica llevada a cabo por la industria privada bajo el programa Investigación Innovadora de la NASA la pequeña empresa y los científicos e ingenieros de Goddard. El grupo ya ha implementado prácticas de forma libre de diseño óptico en Laboratorio de Diseño de Goddard, conocido como el ODL, que presta servicios de diseño e ingeniería para los esfuerzos de propuestas de instrumentos.

Otros grupos de investigación no-NASA también están estudiando la óptica de forma libre, incluyendo el Centro de Freeform Óptica (CEFO), un centro de investigación cooperativa patrocinada por la National Science Foundation con sede en la Universidad de Rochester en Nueva York y la Universidad de Carolina del Norte-Charlotte. Actualmente, FORJA y CEFO están discutiendo posibles formas de colaborar en los conceptos del instrumento utilizando la óptica de forma libre, dijo Howard.