ينتقل مشروع FLUTE المشترك بين ناسا ومجموعة البحث التابعة لبروفيسور موران بركوفيتش من كلية هندسة الماكينات في التخنيون الى المرحلة ب في مسابقة NIAC المرموقة التابعة لناسا للتقنيات المتقدمة عن طريق FLUTE. ستحصل الآن على تمويل بقيمة 600,000 دولار لمدة سنتين لغرض اختبار جدوى إطلاق تلسكوب فضاء ضخم- ستشكل مرآته نفسها في الفضاء، بفضل الخاصية الفيزيائية الأساسية للتوتر السطحي للسوائل. يقود المشروع من قبل ناسا البروفيسور ادوارد بلفين من مركز البحث آيمس.
ان NIAC هو مشروع ناسا الرائد لدعم المشاريع المبتكرة، الأفكار المجنونة حقا"، يضحك البروفيسور بركوفيتش في مقابلة مع موقع وكالة الفضاء الإسرائيلية. "قبل أسبوعين، حصلنا على رسالة مفرحة بأننا انتقلنا للمرحلة ب. هذه تصفية جدية جدا- تم تقديم مئات الاقتراحات للمرحلة أ- والآن انتقلت ستة مشاريع الى المرحلة ب. في المرحلة ج سيتم إجراء تصفية إضافية، ومن سيبقى سيحصل على تمويل إضافي، أكبر، على أمل أن نستطيع في النهاية إطلاق نموذج للفضاء".
عنق الزجاجة لمراقبي النجوم في الفضاء
تم تصميم FLUTE لإطلاق تلسكوبات ذات قطر 50 متر وأكثر الى الفضاء، التي ستسمح من بين أمور أخرى، للبشرية في مشاهدة مباشرة للكواكب الموجودة خارج النظام الشمسي- والبحث عن حياة بها.عنق الزجاجة للتلسكوبات في الفضاء هو المرآة: بناء تلسكوب الفضاء جيمس ووب استمر حوالي 25 سنة وكلف تقريبا حوالي 10 مليارد دولار. السبب المركزي وراء التكلفة الباهظة وتعقيدها هو أن قطر المرآة جيمس ووب هو حوالي ستة أمتار ونصف، بينما يبلغ القطر الداخلي للقاذفة التي أطلقته للفضاء، أربعة أمتار فقط. لهذا اضطر مهندسي المهمة تقسيم المرآة الى 18 مرآة، طيها قبل الإقلاع وتوزيعها من جديد في الفضاء بتصميم رقصات رقيق ومعقد.
قبيل إطلاق ايتان ستيفا للفضاء شرح البروفيسور بركوفيتش أنه " اذا أردنا أن نصور الكواكب خارج النظام الشمسي، يجب أن يكون تلسكوب فضائي مزود بمرآة بحجم عشرات ومئات الأمتار- وهذا غير ممكن. لا توجد لدينا التكنولوجيا لإطلاق صواريخ يبلغ قطرها مئات الأمتار. لهذا من المنطقي إنتاج البصريات في الفضاء. وعلى الرغم من وجود طابعة ثلاثية الأبعاد في محطة الفضاء الدولة التي يمكنها أن تطبع تقريبا كل شيء- لكن مرآة مثل مرآة جيمس ووب يجب أن تكون ناعمة بدقة نانومترية، والطابعات ثلاثية الأبعاد لا تصل الى هذه الدقة. كما أن تلميع المرآة غير ممكن في الفضاء، لأن العملية تنتج أوساخا التي تحتاج الى الكثير من الطاقة والأجهزة الصناعية الثقيلة".
الحل الذي توصل اليه علماء التخنيون بسيط: استخدام الخاصية الفيزيائية الأساسية للتوتر السطحي للسوائل. "بفضل التوتر السطحي، فان الأسطح السائلة ناعمة بشكل طبيعي. اذا سكبنا ماء في كأس، ستصطف جزئيات الماء حتى يصبح سطح الماء ناعما تماما- مع فوارق أقل من ناومتر. هذه هدية مجانية من الطبيعة. في ظل ظروف الجاذبية الصغرى في الفضاء، هذا الماء المنسكب سيحصل على شكل كروي- وهو شكل أولي جيد للبصريات. نحن نستغل اذا الخاصية المعروفة لنعومة سطح السائل، ونستخدم الجاذبية الصغرى للحصول على قطرة ملساء وكروية- تشبه قطرة الندى على ورقة الشجر.
من العدسات المحقونة يدويا الى مرايا التلسكوب
في عام 2022 وفي إطار مهمة فضائية بتمويل وكالة الفضاء الإسرائيلي، عرض رائد الفضاء الإسرائيلي الثاني ايتان ستيفا الفكرة الأساسية وراء FLUTE عندما حقن البوليمرات- مواد بحالة سائلة التي يمكن تصليبها، مثل البلاستيك- في صف حلقات بحجم يترواح ما بين 3 الى 15 سم. وفي ظل ظروف الجاذبية الصغرى تتشكل عدسة على جانبي الحلقة. في المرحلة الثانية استخدم ستيفا بضوء فوق بنفسجي من أجل تصليب البوليمرات، وهكذا أنتج صفا من العدسات المقعرة والمحدبة. بعد الهبوط عودة الى الكرة الأرضية، اختبر البروفيسور بركوفيتش وزملاءه الخصائص البصرية للعدسات الناتجة.
يذكر أن العدسات ضرورية للمكوث في الفضاء: في خوذات رواد الفضاء، في أجهزة الاستشعار البصرية في المركبة الفضائية، في الأجهزة الطبية وبالطبع في الكاميرات. المهام المأهولة طويلة المدى، الى المريخ على سبيل المثال، يجب أن تكون مستقلة وأن تدار بدون تزويد مركبات بصرية جديدة من الكرة الأرضية.
يقول البروفيسور بركوفيتش الآن: "تجربة إيتان في محطة الفضاء، كانت بمثابة إثبات حقيقي، بأن هذه التكنولوجيا تعمل حقا". منذ ذلك الحين قمنا بالمزيد من التجارب في رحلة طيران مكافئ (رحلة طيران تحاكي الجاذبية الصغرى)، والتي أثبت فيها بأنن نستطيع إنتاج المرايا أيضا من السوائل- حيث أن معظم التلسكوبات في الفضاء تستخدم المرايا، وليس العدسات. الآن وبعد الإعلان المفرح ل- NIAC ، نحن نمضي قدما بمسارين في نفس الوقت: نستمر في تطوير التكنولوجيات وتحسيناه، مثلا في الرحلات المكافئة الإضافية المخطط لها في أغسطس/ آب مع ناسا، وبتخطيط مهمة تلسكوب المستقبل. نحتاج مثلا الى تخطيط كيفية طي الإطار الى داخل الصاروخ، كمية الوقود التي نحتاجها ولأي نقطة في الفضاء من المفضل أن نرسل التلسكوب. وفي المرحلة الثالثة سنبني نموذجا صغير الحجم ونطلقه الى الفضاء".
