Одним из самых инновационных проектов будущих телескопов являются жидкозеркальные оптические системы.
В них вместо традиционного стекла используется тонкий слой жидкости, который под воздействием гравитации или других полей образует отражающую поверхность.
В условиях микрогравитации, например, на орбите, такая поверхность может быть идеально гладкой, если правильно задать её форму.
Это открывает возможность создания сверхлёгких телескопов с огромным диаметром зеркала, которые невозможно было бы собрать из твёрдых материалов.
Однако у этой концепции есть серьёзный недостаток: при каждом изменении направления телескопа жидкость смещается, и такие деформации могут со временем накапливаться, снижая точность наблюдений.
Чтобы оценить критичность этого явления, группа физиков из Техниона (Израиль) и NASA разработала детальную модель поведения жидкой отражающей плёнки при регулярных манёврах в космосе.
Источник: NASA Orbital Debris Program Office.
Учёные сосредоточились на системе, аналогичной телескопу FLUTE (Fluidic Telescope) — гипотетической орбитальной обсерватории с жидким зеркалом диаметром 50 метров.
Внутри кольцеобразной конструкции создаётся тонкий слой жидкости, например, силиконового масла, который формирует необходимую оптическую форму.
Повороты телескопа для изменения направления обзора вызывают смещения этой поверхности, и именно их моделировали учёные.
Расчёты показали, что даже при регулярных манёврах, таких как поворот на 45 градусов раз в сутки, в течение 10 лет форма центральной части зеркала сохраняется с точностью, достаточной для высококачественной оптики.
Деформации накапливаются вблизи края, где амплитуда колебаний достигает 100 нанометров, но в центральной области они значительно меньше.
Это означает, что около 80% полезной площади зеркала можно использовать без значительных искажений.
Источник: NASA.
Кроме того, исследователи обнаружили, что выбор направления поворотов, например, чередование направления вращения, помогает уменьшить асимметрию деформаций.