Австрийская промышленная научно-исследовательская компания RHP Technology напечатала на 3D-принтере набор демонстрационных деталей, которые могут стать «глазом» нового космического телескопа Европейского космического агентства (ESA).
Рентгеновский телескоп дальнего действия, получивший прозвище «Продвинутый телескоп для астрофизики высоких энергий» или сокращенно «Афина», строится для картирования горячих космических газов и черных дыр. Используя свой новый процесс 3D-печати «Плазменное осаждение металла», RHP Technology смогла изготовить шесть прототипов деталей для «Афины», доказав эффективность технологии и потенциально оправдав ее использование в окончательной сборке.
«RHP продемонстрировала, что большие 3D-детали можно печатать для космических приложений», - сказала Сюзанна Кацлер Фукс из Brimatech, брокера ESA Space Solutions по передаче технологий в Австрии. «В будущем эту технологию можно будет использовать на Земле, например, в промышленности, авиации или автомобилестроении».
Проект «Афина», о котором было впервые объявлено еще в июне 2014 года, строится в рамках плана ESA Cosmic Vision на 2015–2025 годы, который определяет долгосрочные стратегические цели агентства. После постройки 12-метровый телескоп будет оснащен самыми современными инструментами, которые позволят ему исследовать происхождение, формирование и эволюцию черных дыр.
Теоретически ученые ESA смогут использовать «Афину» для наблюдения за рентгеновским излучением, оставленным горячими космическими материалами непосредственно перед тем, как они будут поглощены черными дырами, и измерить полученные искажения, чтобы определить поведение аномалии. Сверхточный телескоп также может позволить исследователям лучше понять другие астрономические явления, такие как гамма-всплески и магнитное взаимодействие между экзопланетами и звездами.
Космический телескоп будет запущен не на твердой земле, а на борту ракеты-носителя Ariane 64 на орбиту вокруг точки L2 системы Солнце-Земля, где он будет наблюдать до 300 небесных точек каждый год. Хотя изначально «Афина» была запланирована к запуску в 2028 году, с тех пор он был перенесен на 2033 год, поскольку телескоп всё ещё находится в стадии строительства.
«Афина обеспечивает значительный скачок вперед в научных возможностях по сравнению с предыдущими рентгеновскими миссиями», - сказал директор ESA по науке и робототехническим исследованиям Альваро Хименес при запуске проекта. «Его выбор [для запуска] гарантирует, что успех Европы в области рентгеновской астрономии сохранится далеко за пределами срока службы нашей флагманской обсерватории XMM-Newton».
Чтобы продемонстрировать потенциал своей технологии плазменного осаждения металлов и ускорить разработку «Афины», RHP Technology работала с аэрокосмическим стартовым ускорителем ESA Space Solutions, а также с AC Aerospace и Advanced Composites и FOTEC, чтобы произвести частично обработанную версию, что могло стать «глазом» Афины.
Интересно, что, по словам инженера ESA Лорана Памбагиана, полученные в результате детали большого формата продемонстрировали достаточные механические свойства, чтобы оправдать использование процесса при создании «оптической системы» Афины. Созданная как самая сложная из когда-либо созданных деталей из титана, напечатанных на 3D-принтере, сложная конструкция предназначена для выравнивания и фиксации 750-ти зеркальных модулей, необходимых для фокусировки высокоэнергетических лучей.
Для эффективного функционирования оптическая система должна иметь форму около 3 метров в диаметре и оставаться точной до последних нескольких десятков микрометров. Однако теперь Памбагиан считает, что плазменное осаждение металла более чем подходит для этой задачи, и говорит, что квалификация новых материалов для этого процесса также может открыть дополнительные структурные преимущества в будущем.
«Мы исследовали всю технологическую цепочку, включая последующую термообработку и постобработку, а также 3D-печать, используя титановый сплав в качестве металлических частиц или проволоки», - заключил Памбагиан. «Результаты означают, что мы можем развивать технологию, включая исследование альтернативных материалов».
Хотя телескопы, напечатанные в 3D, которые облегчают исследование космоса, могут показаться чем-то из научной фантастики, точность и повторяемость технологии быстро делают ее научным фактом. Только в мае прошлого года Stratasys также напечатала на 3D-принтере детали для телескопа Mini-EUSO российского и итальянского космических агентств, который теперь отслеживает УФ-излучение с борта МКС.
Тем временем Sandia National Laboratories использовала подход аддитивного производства (DfAM) для 3D-печати функционального телескопа, способного работать на том же уровне, что и те, которые стоят в пять раз дороже. Команда лаборатории смогла компенсировать снижение качества линз, создав алгоритм, который устраняет ошибки и искажения.
В гораздо меньшем масштабе польские ученые разработали самодельный телескоп с открытым исходным кодом для 3D-печати под названием «Telescope Prime». Состоящий из параболического зеркала, Raspberry Pi и дополнительных приспособлений, телескоп может и не относиться к космической эре, но его конструкция вполне соответствует современным требованиям. Он оптимизирован, чтобы сделать его доступным и удовлетворить потребности пользователей начального уровня.