Sinds ze voor het eerst werden geproduceerd, zijn koolstofnanobuisjes erin geslaagd een golf van opwinding te veroorzaken in de wetenschappelijke gemeenschap. Met toepassingen variërend van waterbehandeling en elektronica tot biomedische geneeskunde en constructie, zou dit geen verrassing moeten zijn. Maar een team van NASA-ingenieurs van het Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, is een pionier in het gebruik van koolstofnanobuizen voor nog een ander doel: ruimtetelescopen.
Met behulp van koolstofnanobuisjes heeft het Goddard-team - dat wordt geleid door Dr. Theodor Kostiuk van NASA's Planetary Systems Laboratory en Solar System Exploration Division - een revolutionair nieuw type telescoopspiegel gecreëerd. Deze spiegels worden ingezet als onderdeel van een CubeSat, een die mogelijk een nieuw soort goedkope, zeer effectieve ruimtetelescopen vertegenwoordigt.
Deze nieuwste innovatie profiteert ook van een ander veld dat de laatste tijd veel is ontwikkeld. Net als andere kleine satellieten spelen CubeSats de afgelopen jaren een steeds belangrijkere rol. In tegenstelling tot de grotere, grotere satellieten van weleer, zijn miniatuursatellieten een goedkoop platform voor het uitvoeren van ruimtemissies en wetenschappelijk onderzoek.
Naast federale ruimteagentschappen zoals NASA, bieden ze ook particuliere bedrijven en onderzoeksinstellingen de mogelijkheid om communicatie, onderzoek en observatie vanuit de ruimte uit te voeren. Bovendien zijn ze ook een goedkope manier om studenten te betrekken bij alle fasen van satellietconstructie, implementatie en ruimtegebaseerd onderzoek.
Toegegeven, missies die afhankelijk zijn van miniatuursatellieten zullen waarschijnlijk niet evenveel belangstelling of wetenschappelijk onderzoek genereren als grootschalige operaties zoals de Juno-missie of de ruimtesonde New Horizons. Maar ze kunnen essentiële informatie verstrekken als onderdeel van grotere missies, of werken in groepen om grotere hoeveelheden gegevens te verzamelen.
Met behulp van financiering van het interne onderzoeks- en ontwikkelingsprogramma van Goddard, creëerde het team een optische laboratoriumtafel gemaakt van gewone kant-en-klare componenten om het algemene ontwerp van de telescoop te testen. Deze bank bestaat uit een reeks miniatuurspectrometers die zijn afgestemd op de ultraviolette, zichtbare en nabij-infrarode golflengten, die via een optische kabel zijn verbonden met de gefocusseerde bundel van de nanobuisspiegels.
Met behulp van deze bank test het team de optische spiegels om te zien hoe ze bestand zijn tegen verschillende golflengten van licht. Peter Chen - de president van Lightweight Telescopes, een in Maryland gevestigd bedrijf - is een van de aannemers die met het Goddard-team samenwerkt om de CubeSat-telescoop te maken. Zoals hij in een recent NASA-persbericht zei:
“Niemand heeft met een koolstof-nanobuishars een spiegel kunnen maken. Dit is een unieke technologie die momenteel alleen beschikbaar is bij Goddard. De technologie is te nieuw om in de ruimte te vliegen en moet eerst door de verschillende niveaus van technologische vooruitgang gaan. Maar dit is wat mijn Goddard-collega's (Kostiuk, Tilak Hewagama en John Kolasinski) proberen te bereiken via het CubeSat-programma.
In tegenstelling tot andere spiegels, was die gemaakt door het team van Dr. Kostiuk gemaakt van koolstof nanobuisjes ingebed in een epoxyhars. Natuurlijk bieden koolstofnanobuisjes een breed scala aan voordelen, waaronder de structurele sterkte, unieke elektrische eigenschappen en efficiënte warmtegeleiding. Maar het Goddard-team koos dit materiaal ook voor hun lenzen omdat het een lichtgewicht, zeer stabiele en gemakkelijk reproduceerbare optie biedt voor het maken van telescoopspiegels.
Bovendien hoeven spiegels gemaakt van koolstof-nanobuisjes niet te worden gepolijst, wat een tijdrovend en duur proces is als het gaat om ruimtetelescopen. Het team hoopt dat deze nieuwe methode nuttig zal zijn bij het creëren van een nieuwe klasse van goedkope CubeSat-ruimtetelescopen, en zal helpen de kosten te verlagen als het gaat om grotere telescopen op de grond en op de ruimte.
Dergelijke spiegels zouden vooral handig zijn in telescopen die meerdere spiegelsegmenten gebruiken (zoals het Keck-observatorium bij Mauna Kea en de James Webb-ruimtetelescoop). Dergelijke spiegels zouden een echte kostenbesparing zijn, aangezien ze gemakkelijk kunnen worden vervaardigd en er geen dure polijst- en slijpwerkzaamheden nodig zijn.
Andere mogelijke toepassingen zijn onder meer deep-space-communicatie, verbeterde elektronica en structurele materialen voor ruimtevaartuigen. Momenteel is de productie van koolstofnanobuisjes vrij beperkt. Maar naarmate het breder wordt, kunnen we verwachten dat dit wondermateriaal zijn weg vindt naar alle aspecten van ruimteverkenning en onderzoek.
