Om miljarden zwakke sterrenstelsels te observeren en de aard van het donkere heelal te onderzoeken, De baanbrekende Euclid-missie van ESA vereist ultramoderne optica. Het eerste optische element dat geleverd wordt, de hoofdspiegel van de telescoop (M1), is aangekomen in de gebouwen van Airbus Defense &Space in Toulouse.

Het optische ontwerp van Euclides is gebaseerd op een Korsch-type telescoop met een diafragmadiameter van 1,2 m. De telescoop heeft drie gebogen spiegels (inclusief M1) en drie platte spiegels, die het licht naar de twee instrumenten aan boord sturen met behulp van een dichroïsch filter dat zichtbare en nabij-infrarode golflengten scheidt.

Het Korsch-ontwerp maakt hoogwaardige beeldvorming over een zeer groot gezichtsveld mogelijk, waardoor een groothoekcamera ontstaat die tegelijkertijd ook nog eens extreem scherp is. Dit is geen sinecure:in aardse termen, de telescoop zou een 200 meter breed veld kunnen waarnemen - gelijk aan de oppervlakte van 8 voetbalvelden - op een afstand van 18 km met een resolutie van een munt van 1 euro (ongeveer 2 cm in diameter).

Alle spiegels zijn gemaakt van hetzelfde materiaal:siliciumcarbide. Ditzelfde materiaal wordt ook gebruikt voor de structuur van de telescoop om de impact van temperatuurveranderingen op de beeldkwaliteit van de telescoop te minimaliseren.

"Hierdoor kan de hele telescoop soepel en langzaam 'ademen' met de temperatuurveranderingen, het verbeteren van de stabiliteit van zijn prestaties, " zei Luis Miguel Gaspar Venancio, hoofdingenieur voor de Euclid Telescope.

Alle oppervlakken van de spiegels worden vervaardigd met een mate van perfectie die ongekend is voor een ESA-missie die de kosmos waarneemt op zichtbare golflengten. Supergladde optische oppervlakken zijn nodig vanwege de extreme gevoeligheid van de wetenschappelijke output voor elke minieme vermindering van de beeldkwaliteit.

"De wetenschap die Euclid zal uitvoeren, vereist een uiterst nauwkeurige en stabiele telescoop, " zegt René Laureijs, Euclides projectwetenschapper.

"We willen minuscule vervormingen van de vorm van sterrenstelsels meten als gevolg van de aanwezigheid van tussenliggende donkere materie die de lichtpaden van deze verre sterrenstelsels buigt. Door miljarden sterrenstelsels te meten, dan kunnen we de verdeling van de donkere materie in het heelal in kaart brengen."

De beperkende specificaties in termen van optische kwaliteit zijn bijzonder streng in het geval van de M1-spiegel, Euclid's grootste optische component. De verzilverde, Een concave parabolische spiegel met een diameter van 1,2 m werd onlangs aan Airbus geleverd door de Franse fabrikant, Safran Reosc.

De opmerkelijke precisie van de vorm van de primaire spiegel is zodanig dat, als de spiegel zou worden uitgebreid tot een diameter van 973 km - gelijk aan de noord-zuid-uitbreiding van Frankrijk - dan zou het oppervlak van de spiegel slechts minder dan 1,47 cm afwijken van zijn perfecte vorm. Niet alleen de parabolische vorm moet uiterst nauwkeurig zijn, maar het oppervlak moet met extreem hoge precisie worden gepolijst. Om door te gaan met dezelfde vergelijking, als de spiegel zou worden uitgebreid tot de grootte van Frankrijk, elke plek met een diameter van 4 km zou geen 'pieken' hebben die hoger zijn dan de dikte van een mensenhaar.

Het andere deel van de optica van Euclides dat al is geproduceerd en getest, is de dichroïsche plaat, die is gemaakt van hoogwaardig gesmolten silicaglas. Zijn functie is om het invallende licht spectraal te verdelen, reflecterende zichtbare golflengten naar de Visual Imager (VIS) en nabij-infrarood naar de Near-infrared Spectrometer and Photometer (NISP).

Om zijn rol te kunnen vervullen, beide oppervlakken zijn bedekt met meer dan 180 dunne lagen diëlektrische materialen. Een hoge uniformiteit van deze coatings over de plaat met een diameter van 117 mm was vereist.

Hoewel het de kleinste optische component is, de dichroïsche plaat is het meest kritisch. Elke vervorming, of buigen, van de dichroïsche oppervlakken veroorzaakt door de afzetting van de reflecterende coating en door temperatuurveranderingen moeten worden gecompenseerd. Dit wordt bereikt door de dikte van de coatings aan weerszijden zo aan te passen dat de vervorming van beide zijden in tegengestelde richting is.

"Dit betekent dat, wanneer één kant van de dichroïsche richting in één richting wordt getrokken als gevolg van thermomechanische effecten, dan wordt de andere kant in de tegenovergestelde richting getrokken - waardoor de vervorming die door de eerste kant wordt veroorzaakt, wordt gecompenseerd, ’ zei Venancio.

Een vliegwaardig model van de dichroïsche plaat werd geïntegreerd in de uiteindelijke montage en getest door Airbus Defense &Space in oktober 2017. De tests werden uitgevoerd door Optics Balzers Jena GmbH, de coatingfabrikant, voor de spectrale reflectie en transmissie – hoeveel van het inkomende licht wordt gereflecteerd en hoeveel wordt er per golflengte doorgelaten – en de oppervlaktedeformatiemeting bij koude temperaturen zal worden uitgevoerd door AMOS, de dichroïsche glaspolijstmachine. Een ander vliegwaardig model van de dichroïsche plaat zal eind november 2018 aan Airbus worden geleverd.

De productie van de andere vijf spiegels is aan de gang en ze zullen naar verwachting tussen eind 2018 en begin 2019 aan Airbus Defense &Space worden geleverd. Tijdens deze productiefase wordt de vorm van elke spiegel wordt gemeten, en de spectrale reflectie van twee van de vlakke spiegels wordt ook bemonsterd.

Tests van de geïntegreerde telescoop volgen in 2019, zodra alle optica in de telescoopstructuur is gemonteerd.

In de tussentijd, het team heeft de Critical Design Review (CDR) voltooid voor alle eenheden en subsystemen op de satelliet. Dit zijn formele projectmijlpalen om te certificeren dat het ontwerp wordt ondersteund door adequate analyses en tests, autorisatie van de fabricage en montage van de vluchthardware. Het ruimtevaartuig CDR werd eerder dit jaar met succes gehouden, en de CDR op missieniveau, die alle missie-elementen omvat – instrumenten, ruimtevaartuig, wetenschap en operationeel grondsegment - is momenteel aan de gang en zal eind november worden voltooid.

"De levering van het vluchtmodel van de primaire spiegel is een zeer belangrijke mijlpaal in de projectontwikkeling, " zegt Giuseppe Racca, Euclides projectleider.

"Om vertragingen te voorkomen, de vluchtmodellen van vele elementen, zoals de primaire spiegel, zijn al gebouwd, en we kijken nu uit naar de missiekritieke ontwerpbeoordeling als een definitieve bevestiging dat het Euclid-ontwerp in al zijn componenten degelijk is en de vereiste wetenschappelijke prestaties kan leveren."