Euklid skrider frem med primær spejllevering

For at observere milliarder af svage galakser og undersøge arten af ​​det mørke univers, ESA's banebrydende Euclid-mission vil kræve avanceret optik. Det første optiske element, der skal leveres, teleskopets primære spejl (M1), er ankommet til Airbus Defence &Spaces lokaler i Toulouse.

Euclids optiske design er baseret på et teleskop af Korsch-typen med en åbningsdiameter på 1,2 m. Teleskopet har tre buede spejle (inklusive M1) og tre flade spejle, som leder lyset til de to instrumenter om bord ved hjælp af et dikroisk filter, der adskiller synlige og nær-infrarøde bølgelængder.

Korsch-designet muliggør billeddannelse af høj kvalitet over et meget stort synsfelt, giver et vidvinkelkamera, der samtidig også er ekstremt skarpt. Dette er ingen ringe bedrift:i jordiske termer, teleskopet ville være i stand til at observere et 200 m bredt felt – svarende til arealet af 8 fodboldbaner – fra en afstand på 18 km med en opløsning på en 1-euromønt (ca. 2 cm i diameter).

Alle spejlene er lavet af det samme materiale:siliciumcarbid. Det samme materiale bliver også brugt til strukturen af ​​teleskopet for at minimere virkningen af ​​temperaturændringer på billedkvaliteten af ​​teleskopet.

"Dette vil gøre det muligt for hele teleskopet at 'ånde' jævnt og langsomt med temperaturændringerne, forbedre stabiliteten af ​​dens ydeevne, " sagde Luis Miguel Gaspar Venancio, chefingeniør for Euklid-teleskopet.

Alle spejlenes overflader bliver fremstillet til en grad af perfektion uden fortilfælde for enhver ESA-mission, der observerer kosmos ved synlige bølgelængder. Superglatte optiske overflader er nødvendige på grund af den ekstreme følsomhed af det videnskabelige output til enhver minuts reduktion i billedkvalitet.

"Videnskaben, som Euclid vil udføre, kræver et ekstremt nøjagtigt og stabilt teleskop, siger René Laureijs, Euklids projekt videnskabsmand.

"Vi ønsker at måle bittesmå forvrængninger af galaksers form på grund af tilstedeværelsen af ​​mellemliggende mørkt stof, der bøjer lysets veje fra disse fjerne galakser. Ved at måle milliarder af galakser, så kan vi kortlægge fordelingen af ​​det mørke stof i universet."

De begrænsende specifikationer med hensyn til optisk kvalitet er særligt strenge for M1-spejlet, Euklids største optiske komponent. De sølvbelagte, 1,2 m diameter konkavt parabolsk spejl blev for nylig leveret til Airbus fra den franske producent, Safran Reosc.

Den bemærkelsesværdige præcision af det primære spejls form er sådan, at hvis den blev udvidet til en diameter på 973 km – svarende til den nord-sydlige udstrækning af Frankrig – så ville spejlets overflade kun afvige fra sin perfekte form med mindre end 1,47 cm. Ikke kun dens parabolske form skal være ekstremt nøjagtig, men dens overflade skal poleres til ekstrem høj præcision. For at fortsætte med den samme sammenligning, hvis spejlet blev udvidet til Frankrigs størrelse, enhver plet på 4 km i diameter ville ikke have nogen 'toppe' højere end tykkelsen af ​​et menneskehår.

Den anden del af Euklids optik, der allerede er blevet produceret og testet, er den dikroiske plade, som er lavet af smeltet silicaglas af høj kvalitet. Dens funktion er at opdele det indkommende lys spektralt, reflekterer synlige bølgelængder til Visual Imager (VIS) og nær-infrarøde til Near-infrared Spectrometer og Photometer (NISP).

For at udfylde sin rolle, begge dens overflader er belagt med mere end 180 tynde lag dielektriske materialer. Høj ensartethed af disse belægninger på tværs af pladen med en diameter på 117 mm var påkrævet.

Selvom det er den mindste optiske komponent, den dikroiske plade er den mest kritiske. Enhver deformation, eller bøjning, af de dikroiske overflader forårsaget af aflejringen af ​​den reflekterende belægning og af temperaturændringer skal kompenseres. Dette opnås ved at justere tykkelsen af ​​belægningerne på hver side på en sådan måde, at deformationen af ​​begge sider er i modsatte retninger.

"Det betyder at, når den ene side af det dikroiske trækkes i én retning på grund af termomekaniske effekter, så trækkes den anden side i den modsatte retning - og modvirker dermed deformationen, der er induceret af den første side, sagde Venancio.

En flyveværdig model af den dikroiske plade blev integreret i dens endelige montering og testet af Airbus Defence &Space i oktober 2017. Testene blev udført af Optics Balzers Jena GmbH, belægningsproducenten, for den spektrale reflektans og transmittans – hvor meget af det indkommende lys der reflekteres og hvor meget der transmitteres pr. bølgelængde – og overfladedeformationsmåling ved kolde temperaturer vil blive udført af AMOS, den dikroiske glaspolermaskine. En anden flyveværdig model af den dikroiske plade vil blive leveret til Airbus i slutningen af ​​november 2018.

Fremstillingen af ​​de øvrige fem spejle er i gang, og alle forventes at blive leveret til Airbus Defence &Space mellem slutningen af ​​2018 og begyndelsen af ​​2019. I denne produktionsfase, formen af ​​hvert spejl måles, og spektralreflektansen af ​​to af de flade spejle bliver også samplet.

Test af det integrerede teleskop vil følge i 2019, når al optikken er blevet monteret i teleskopstrukturen.

I mellemtiden holdet har gennemført Critical Design Review (CDR) for alle enheder og undersystemer på satellitten. Disse er formelle projektmilepæle for at bekræfte, at designet er understøttet af tilstrækkelige analyser og tests, autorisation til fremstilling og montering af flyvehardwaren. Rumfartøjet CDR blev afholdt tidligere i år, og CDR på missionsniveau, omfattende alle missionselementer – instrumenter, rumfartøj, science and operational ground segment – ​​er i øjeblikket i gang og vil være afsluttet i slutningen af ​​november.

"Leveringen af ​​flyvemodellen af ​​det primære spejl er en meget vigtig milepæl i projektudviklingen, " siger Giuseppe Racca, Euclid projektleder.

"For at undgå forsinkelser, flyvemodellerne af mange elementer, ligesom det primære spejl, allerede er bygget, og vi ser nu frem til den missionskritiske designgennemgang som en endelig bekræftelse af, at Euclid-designet er solidt i alle dets komponenter og kan levere den nødvendige videnskabelige ydeevne."