Durante la misión Axiom 1 se realizó el -Experimento Telescope Fluidico (FLUTE, por sus siglas en inglés), el cual puede llegar a revolucionar la astronomía. FLUTE[1] busca estudiar las características únicas de la microgravedad para crear una lente usando polímeros líquidos.
Detectar más detalles y poder observar el Universo distante requiere grandes aperturas o espejos. Sin embargo, lanzarlos al espacio es un desafío. Tomemos como ejemplo el Telescopio Espacial James Webb (JWST por sus siglas en inglés). La propuesta inicial pedía un espejo de 9 metros con instrumentos muy sofisticados que nos permitirían alcanzar un gran número de objetivos científicos. Sin embargo, el diseño cambió con el tiempo debido a dos limitaciones muy comunes en todas las misiones espaciales: peso y tamaño. Estas limitaciones se deben al poder de los cohetes disponibles y al tamaño máximo del carenado del cohete, que protege el telescopio durante el lanzamiento. Aunque los científicos del proyecto no tardaron mucho en darse cuenta de que un telescopio de 9 metros estaba fuera de discusión, los ingenieros de la NASA, Northrop Grumman y Ball Aerospace pudieron diseñar un telescopio plegable liviano de 6.5 metros. Los instrumentos a bordo del JWST, construidos por diferentes equipos en Europa, EE. UU. y Canadá, también tuvieron que cambiar de diseño para que toda la nave espacial pudiera cumplir con los requisitos de peso y tamaño.
ESA/CNES/Arianespace
ESA/CNES/Arianespace
Una alternativa, para poder construir un telescopio espacial más grande que el JWST, sería fabricar su espejo en el espacio. Es por ello que en 2022, el astronauta israelí Eytan Stibbe a bordo de la misión Axiom-1, realizó el experimento FLUTE. Este proyecto es una colaboración entre la NASA[2] y el Instituto de Tecnología de Israel - Technion, que busca probar las características únicas de la microgravedad para crear una lente usando polímeros líquidos[3].
Además, la tecnología convencional para fabricar telescopios ópticos requiere pulir materiales sólidos como vidrio o metal para crear lentes y espejos del telescopio con una superficie o varias superficies curvas muy precisas. Esta actividad toma un tiempo considerable y tiene un gran costo; por lo tanto, FLUTE está buscando un enfoque tecnológico novedoso y rentable para fabricar telescopios ópticos aprovechando el comportamiento natural de los fluidos en microgravedad.
Todos los líquidos tienen una fuerza elástica que los mantiene unidos en su superficie; esta fuerza se llama tensión superficial y es lo que le da su forma a las gotas de agua. En la Tierra, cuando las gotas de agua son lo suficientemente pequeñas (2 milímetros o menos), estas permanecen perfectamente esféricas debido a la tensión superficial. Las gotas más grandes se vuelven más pesadas y, por lo tanto, son aplastadas por la gravedad. En el espacio tenemos microgravedad. En estas condiciones, las gotas de agua y otros fluidos flotan libremente. Grandes cantidades de líquidos, mucho más que en la tierra, adoptan la forma más eficiente posible desde el punto de vista energético: una esfera perfecta. Por otro lado, los líquidos pueden adherirse a las superficies debido a una propiedad física llamada adhesión, una fuerza intermolecular que hace que los líquidos, como el agua, sean atraídos por otros materiales diferentes a ella, como el vidrio[4].
Teniendo en cuenta estas propiedades, el equipo de FLUTE concluyó que al poner suficiente líquido en la superficie interior de un marco circular en forma de anillo, la adhesión hará que el líquido se estire por el interior del marco, mientras que la tensión superficial hará que se forme naturalmente una forma curvada o sección esférica. Además, si se usa el volumen correcto de líquido, es posible hacer que la superficie del líquido se curve hacia dentro en lugar de curvarse hacia afuera, como una gota de agua. Si, además de eso el líquido es reflejante, esa superficie curvada hacia adentro puede servir como un espejo para un telescopio[5].
NASA
Con esta tecnología, los investigadores de FLUTE piensan que es posible construir un espejo de unos 50 metros de diámetro, la mitad del largo de un campo de fútbol, para un telescopio espacial. Además de su tamaño existen otros beneficios en un espejo de este tipo. Debido a sus características únicas, un espejo líquido podría auto-curarse rápidamente de daños producidos por impactos de micrometiortos, algo que sabemos JWST ya ha experimentado.
El experimento FLUTE, realizado durante la misión Axiom-1, es solo uno de varios experimentos a pequeña escala que el equipo ha realizado para evaluar cómo dar forma a lentes usando líquidos. El programa también ha realizado experimentos en una serie de vuelos parabólicos en microgravedad. Estos experimentos estaban centrados en la creación de espejos líquidos utilizando líquidos iónicos y una aleación de galio. FLUTE también realizó experimentos en condiciones análogas al espacio; usando flotabilidad neutra en un laboratorio terrestre.
Axiom-1
La misión Axiom 1 fue lanzada el 8 de abril de 2022 por SpaceX. Los astronautas de esta misión pasaron 17 días en el espacio trabajando en 26 proyectos científicos a bordo de la Estación Espacial Internacional.
References:
[1]https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2023/fluidic_telescope_flute/
[2] https://www.nasa.gov/feature/ames/nasa-tries-new-ways-fluid-materials-to-build-giant-space-telescopes
[3] https://www.nasa.gov/ames/flute
[4] https://www.youtube.com/embed/whukr452ZvY
[5] https://arxiv.org/abs/2212.08139