De toekomst van in de ruimte gestationeerde UV/optische/IR-astronomie vereist steeds grotere telescopen. De astrofysische doelen met de hoogste prioriteit, waaronder aardachtige exoplaneten, sterren van de eerste generatie en vroege sterrenstelsels, zijn allemaal extreem zwak, wat een voortdurende uitdaging vormt voor de huidige missies en kansen biedt voor telescopen van de volgende generatie:grotere telescopen zijn de belangrijkste manier om dit probleem aan te pakken.

Omdat de kosten van missies sterk afhankelijk zijn van de diameter van de opening, lijkt het opschalen van de huidige ruimtetelescooptechnologieën naar openingen groter dan 10 meter economisch niet haalbaar. Zonder een doorbraak in schaalbare technologieën voor grote telescopen kan de toekomstige vooruitgang in de astrofysica vertragen of zelfs volledig tot stilstand komen. Er is dus behoefte aan kosteneffectieve oplossingen om ruimtetelescopen naar grotere afmetingen te schalen.

Het FLUTE-project heeft tot doel de beperkingen van de huidige benaderingen te overwinnen door een pad te effenen naar ruimteobservatoria met ongesegmenteerde vloeibare primaire spiegels met grote opening, geschikt voor een verscheidenheid aan astronomische toepassingen. Dergelijke spiegels zouden in de ruimte worden gecreëerd via een nieuwe aanpak gebaseerd op vloeiende vorming in microzwaartekracht, die al met succes is aangetoond in een laboratoriumomgeving met neutraal drijfvermogen, in parabolische microzwaartekrachtvluchten en aan boord van het Internationale Ruimtestation (ISS).

Deze techniek is theoretisch schaal-invariant en heeft optische componenten opgeleverd met een uitstekende oppervlaktekwaliteit van minder dan nanometer (RMS). Om het concept haalbaar te maken voor implementatie in de komende 15 tot 20 jaar met technologieën op korte termijn en realistische kosten, beperken we de diameter van de primaire spiegel tot 50 meter.

In de fase I-studie:

1. Verkende de keuzes van spiegelvloeistoffen en besloot zich te concentreren op ionische vloeistoffen
2. Heeft een uitgebreid onderzoek uitgevoerd naar ionische vloeistoffen met geschikte eigenschappen
3. Gewerkt aan technieken voor verbetering van de reflectiviteit van ionische vloeistoffen
4. Verschillende alternatieve architecturen voor het hoofdspiegelframe geanalyseerd
5. Uitgevoerde modellering van de effecten van zwenkmanoeuvres en temperatuurvariaties op het spiegeloppervlak
6. Ontwikkelde een gedetailleerd missieconcept voor een 50 meter lang observatorium met vloeibare spiegels
7. Een reeks initiële concepten gemaakt voor een demonstratie van kleine ruimtevaartuigen op kleine schaal in een lage baan om de aarde.

In fase II zullen we de belangrijkste elementen van ons missieconcept verder ontwikkelen. Eerst zullen we doorgaan met onze analyse van geschikte spiegelframe-architecturen en het modelleren van hun dynamische eigenschappen.

Ten tweede zullen we volgende stappen zetten in ons op machine learning gebaseerde modellering en experimentele werk om technieken voor het verbeteren van de reflectiviteit voor ionische vloeistoffen te ontwikkelen.

Ten derde zullen we het werk van het modelleren van de dynamiek van vloeibare spiegels verder bevorderen. In het bijzonder zullen we ons concentreren op het modelleren van de effecten van andere soorten externe verstoringen (versnellingen van de controle van ruimtevaartuigen, getijdenkrachten en inslagen van micrometeorieten), evenals het analyseren en modelleren van de impact van het thermische Marangoni-effect op met nanodeeltjes geïnfuseerde ionische vloeistoffen.

Ten vierde zullen we een model maken van de optische keten van het vloeibare spiegeloppervlak tot de wetenschappelijke instrumenten. Ten vijfde zullen we het missieconcept voor een grootschaliger observatorium met een opening van 50 meter verder ontwikkelen, waarbij we ons zullen concentreren op de elementen met het hoogste risico.

Ten slotte zullen we het concept voor een demonstratiemissie van kleine ruimtevaartuigtechnologie in een lage baan om de aarde verder ontwikkelen, waarbij we de kennis zullen integreren die is opgedaan in andere delen van dit werk.

Geleverd door NASA