Ända sedan de producerades första gången har kolananorör lyckats sätta igång en otrolig spänning i det vetenskapliga samfundet. Med applikationer som sträcker sig från vattenbehandling och elektronik, till biomedicin och konstruktion, borde detta inte bli någon överraskning. Men ett team av NASA-ingenjörer från Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, har varit banbrytande i användningen av kolananorör för ännu ett syfte - rymdbaserade teleskop.
Genom att använda nanorör av kol har Goddard-teamet - som leds av Dr. Theodor Kostiuk från NASA: s planetary systems laboratorium och solsystemet för utforskning - skapat en revolutionerande ny typ av teleskopspegel. Dessa speglar kommer att distribueras som en del av en CubeSat, en som kan representera en ny ras med billiga, mycket effektiva rymdbaserade teleskop.
Denna senaste innovation drar också nytta av ett annat område som har sett mycket utveckling på senare tid. CubeSats har, liksom andra små satelliter, spelat en allt viktigare roll under de senaste åren. Till skillnad från de större, bulkare satelliterna från förra året, är miniatyrsatelliter en billig plattform för att utföra rymduppdrag och vetenskaplig forskning.
Utöver federala rymdbyråer som NASA, erbjuder de också privata företag och forskningsinstitutioner möjlighet att bedriva kommunikation, forskning och observation från rymden. Dessutom är de också ett billigt sätt att engagera studenter i alla faser av satellitkonstruktion, distribution och rymdbaserad forskning.
Beviljade uppdrag som förlitar sig på miniatyrsatelliter kommer sannolikt inte att generera samma mängd intresse eller vetenskaplig forskning som storskaliga operationer som Juno-uppdraget eller rymdsonden New Horizons. Men de kan ge viktig information som en del av större uppdrag, eller arbeta i grupper för att samla in större mängder data.
Med hjälp av finansiering från Goddards interna forskning och utvecklingsprogram skapade teamet en optisk bänk i laboratoriet gjord av vanliga komponentkomponenter för att testa teleskopets totala design. Denna bänk består av en serie miniatyrspektrometrar som är inställda på de ultravioletta, synliga och nära infraröda våglängderna, som är anslutna till den fokuserade strålen i nanorörsspeglarna via en optisk kabel.
Med hjälp av denna bänk testar teamet de optiska speglarna och ser hur de står emot olika våglängder för ljus. Peter Chen - ordförande för Lightweight Telescopes, ett Maryland-baserat företag, är en av entreprenörerna som arbetar med Goddard-teamet för att skapa CubeSat-teleskopet. Som han citerades för att säga av ett nyligen pressmeddelande från NASA:
”Ingen har kunnat skapa en spegel med ett kol-nanorörsharts. Detta är en unik teknik som för närvarande endast finns på Goddard. Tekniken är för ny för att flyga i rymden och måste först gå igenom de olika nivåerna av teknisk utveckling. Men det här är vad mina Goddard-kollegor (Kostiuk, Tilak Hewagama och John Kolasinski) försöker åstadkomma genom CubeSat-programmet.
Till skillnad från andra speglar tillverkades den av Dr. Kostiuks team av kolananorör inbäddade i en epoxiharts. Naturligtvis erbjuder kolananorör ett brett spektrum av fördelar, inte minst av dessa är strukturstyrka, unika elektriska egenskaper och effektiv ledning av värme. Men Goddard-teamet valde också detta material för sina linser eftersom det erbjuder ett lätt, mycket stabilt och lätt reproducerbart alternativ för att skapa teleskopspeglar.
Dessutom kräver inte speglar gjorda av kolnanorör polering, vilket är en tidskrävande och dyr process när det gäller rymdbaserade teleskop. Teamet hoppas att den här nya metoden kommer att vara användbar när det gäller att skapa en ny klass av CubeSat rymdteleskop, samt hjälpa till att sänka kostnaderna när det gäller större markbaserade och rymdbaserade teleskop.
Sådana speglar skulle vara särskilt användbara i teleskop som använder flera spegelsegment (som Keck-observatoriet vid Mauna Kea och James Webb Space Telescope). Sådana speglar skulle vara en verklig kostnadsskärare eftersom de lätt kan produceras och skulle eliminera behovet av dyr polering och slipning.
Andra potentiella tillämpningar inkluderar djup rymdkommunikation, förbättrad elektronik och strukturella material för rymdskepp. För närvarande är produktionen av kolananorör ganska begränsad. Men när det blir mer utbredd kan vi förvänta oss att detta mirakelmaterial kommer att ta sig in i alla aspekter av rymdutforskning och forskning.
