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By Optica2023년 5월 13일

연구원들은 훨씬 더 크고 더 민감한 망원경을 궤도에 배치할 수 있는 망원경 거울을 만드는 새로운 방법을 개발했습니다. 출처: Sebastian Rabien, 막스 플랑크 외계 물리학 연구소

가볍고 유연한 거울은 발사를 위해 콤팩트하게 말아서 배치한 후 정확하게 모양을 바꿀 수 있습니다.

과학자들은 우주 망원경에 전통적으로 사용되는 주 거울보다 훨씬 얇은 고품질의 대형 거울을 생산하고 성형하는 새로운 방법을 개발했습니다. 이렇게 생성된 거울은 발사 중에 우주선 내에서 효율적으로 말아서 포장할 수 있을 만큼 충분한 유연성을 가지고 있습니다.

"우주 망원경을 발사하고 배치하는 것은 복잡하고 비용이 많이 드는 절차입니다."라고 독일 막스 플랑크 외계 물리학 연구소의 Sebastian Rabien이 말했습니다. "일반적인 거울 생산 및 연마 절차와 매우 다른 이 새로운 접근 방식은 망원경 거울의 무게 및 포장 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있으며 훨씬 더 크고 민감한 망원경을 궤도에 배치할 수 있습니다."

연구원들은 진공 챔버 내부의 회전하는 액체 위에 멤브레인 거울을 성장시키기 위해 화학 기상 증착을 사용하여 거울을 만들었습니다. 이를 통해 그들은 알루미늄과 같은 반사 표면으로 코팅된 망원경의 주 거울로 사용할 수 있는 포물선형 얇은 막을 형성할 수 있었습니다. 출처: Sebastian Rabien, 막스 플랑크 외계 물리학 연구소

Optica Publishing Group 저널 Applied Optics에서 Rabien은 최대 직경 30cm의 포물선형 멤브레인 거울 프로토타입을 성공적으로 제작했다고 보고합니다. 우주 망원경에 필요한 크기로 확장할 수 있는 이 거울은 화학 기상 증착을 사용하여 진공 챔버 내부의 회전하는 액체 위에 멤브레인 거울을 성장시켜 만들어졌습니다. 그는 또한 거울을 펼친 후 발생할 수 있는 결함을 적응적으로 수정하기 위해 열을 사용하는 방법을 개발했습니다.

“이 연구는 단지 방법의 타당성을 보여줬을 뿐이지만, 더 저렴하고 더 큰 휴대형 미러 시스템을 위한 토대를 마련했습니다.”라고 Rabien은 말했습니다. "직경이 15~20미터인 경량 거울을 현실화할 수 있으며, 현재 배치되었거나 계획 중인 것보다 훨씬 더 민감한 우주 기반 망원경을 가능하게 할 수 있습니다."

새로운 방법은 코로나19 팬데믹 기간 동안 개발되었으며, Rabien은 이를 통해 새로운 개념을 생각하고 시도할 수 있는 추가 시간을 얻었다고 말합니다. "긴 일련의 테스트에서 우리는 공정에 대한 유용성을 알아보기 위해 많은 액체를 연구하고 폴리머 성장이 어떻게 균질하게 수행될 수 있는지 조사했으며 공정을 최적화하기 위해 노력했습니다."라고 그는 말했습니다.

화학 기상 증착의 경우 전구체 물질이 증발되고 열에 의해 단량체 분자로 분리됩니다. 이러한 분자는 진공 챔버의 표면에 침전된 다음 결합하여 폴리머를 형성합니다. 이 공정은 일반적으로 전자 제품의 방수 기능을 만드는 코팅과 같은 코팅을 적용하는 데 사용되지만, 망원경에 사용하는 데 필요한 광학 품질을 갖춘 포물선형 멤브레인 거울을 만드는 데 사용된 것은 이번이 처음입니다.

새로운 기술을 사용하여 만든 멤브레인 거울은 말아올릴 수 있을 만큼 유연합니다. 이는 발사체 내부에 거울을 보관하는 데 도움이 될 수 있습니다. 출처: Sebastian Rabien, 막스 플랑크 외계 물리학 연구소

연구진은 망원경 거울에 필요한 정확한 모양을 만들기 위해 진공 챔버 내부에 소량의 액체가 채워진 회전 용기를 추가했습니다. 액체는 폴리머가 성장할 수 있는 완벽한 포물선 모양을 형성하여 거울 베이스를 형성합니다. 폴리머가 충분히 두꺼워지면 증발을 통해 반사 금속층이 상단에 적용되고 액체는 씻어냅니다.

Rabien은 “국부 중력축과 정렬되어 회전하는 액체가 자연적으로 포물면 모양을 형성한다는 것은 오랫동안 알려져 왔습니다.”라고 말했습니다. "이 기본 물리학 현상을 활용하여 우리는 이 완벽한 광학 표면에 폴리머를 증착하여 알루미늄과 같은 반사 표면으로 코팅한 후 망원경의 주 거울로 사용할 수 있는 포물선형 얇은 막을 형성했습니다."