Kohlenstoffnanoröhren haben es seit ihrer Herstellung geschafft, in der wissenschaftlichen Gemeinschaft für Aufregung zu sorgen. Bei Anwendungen, die von Wasseraufbereitung und Elektronik über Biomedizin bis hin zum Bauwesen reichen, sollte dies keine Überraschung sein. Ein Team von NASA-Ingenieuren des Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, hat die Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren für einen weiteren Zweck vorangetrieben - weltraumgestützte Teleskope.
Unter Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren hat das Goddard-Team, das von Dr. Theodor Kostiuk von der NASA-Abteilung für Planetensysteme und Erforschung des Sonnensystems geleitet wird, einen revolutionären neuen Typ von Teleskopspiegeln entwickelt. Diese Spiegel werden als Teil eines CubeSat eingesetzt, der möglicherweise eine neue Generation kostengünstiger, hochwirksamer weltraumgestützter Teleskope darstellt.
Diese neueste Innovation nutzt auch ein anderes Gebiet, das sich in letzter Zeit stark weiterentwickelt hat. CubeSats haben wie andere kleine Satelliten in den letzten Jahren eine immer wichtigere Rolle gespielt. Im Gegensatz zu den größeren, sperrigeren Satelliten von gestern sind Miniatursatelliten eine kostengünstige Plattform für die Durchführung von Weltraummissionen und für wissenschaftliche Forschung.
Neben föderalen Weltraumagenturen wie der NASA bieten sie auch privaten Unternehmen und Forschungseinrichtungen die Möglichkeit, Kommunikation, Forschung und Beobachtung aus dem Weltraum durchzuführen. Darüber hinaus bieten sie eine kostengünstige Möglichkeit, Studenten in alle Phasen des Satellitenbaus, des Einsatzes und der weltraumgestützten Forschung einzubeziehen.
Zugegeben, Missionen, die auf Miniatursatelliten basieren, werden wahrscheinlich nicht das gleiche Interesse oder die gleiche wissenschaftliche Forschung hervorrufen wie Großoperationen wie die Juno-Mission oder die Raumsonde New Horizons. Sie können jedoch wichtige Informationen im Rahmen größerer Missionen bereitstellen oder in Gruppen arbeiten, um größere Datenmengen zu sammeln.
Mit Hilfe der Finanzierung aus dem internen Forschungs- und Entwicklungsprogramm von Goddard erstellte das Team eine optische Labortischbank aus regulären Standardkomponenten, um das Gesamtdesign des Teleskops zu testen. Diese Bank besteht aus einer Reihe von Miniaturspektrometern, die auf ultraviolette, sichtbare und nahinfrarote Wellenlängen abgestimmt sind und über ein optisches Kabel mit dem fokussierten Strahl der Nanoröhrenspiegel verbunden sind.
Mit dieser Bank testet das Team die optischen Spiegel, um festzustellen, wie sie unterschiedlichen Wellenlängen des Lichts standhalten. Peter Chen - der Präsident von Lightweight Telescopes, einem in Maryland ansässigen Unternehmen - ist einer der Auftragnehmer, die mit dem Goddard-Team zusammenarbeiten, um das CubeSat-Teleskop zu entwickeln. Wie er kürzlich in einer Pressemitteilung der NASA zitiert wurde:
„Niemand konnte mit einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Harz einen Spiegel herstellen. Dies ist eine einzigartige Technologie, die derzeit nur bei Goddard erhältlich ist. Die Technologie ist zu neu, um im Weltraum zu fliegen, und muss zunächst die verschiedenen Ebenen des technologischen Fortschritts durchlaufen. Aber genau das versuchen meine Goddard-Kollegen (Kostiuk, Tilak Hewagama und John Kolasinski) mit dem CubeSat-Programm zu erreichen.
Im Gegensatz zu anderen Spiegeln wurde der von Dr. Kostiuks Team hergestellte aus Kohlenstoffnanoröhren hergestellt, die in ein Epoxidharz eingebettet sind. Kohlenstoffnanoröhren bieten natürlich eine Vielzahl von Vorteilen, darunter strukturelle Festigkeit, einzigartige elektrische Eigenschaften und effiziente Wärmeleitung. Das Goddard-Team hat dieses Material jedoch auch für seine Objektive ausgewählt, da es eine leichte, hochstabile und leicht reproduzierbare Option für die Herstellung von Teleskopspiegeln bietet.
Darüber hinaus müssen Spiegel aus Kohlenstoff-Nanoröhren nicht poliert werden. Dies ist ein zeitaufwändiger und teurer Prozess, wenn es um weltraumgestützte Teleskope geht. Das Team hofft, dass sich diese neue Methode als nützlich erweisen wird, um eine neue Klasse kostengünstiger CubeSat-Weltraumteleskope zu entwickeln und die Kosten bei größeren boden- und weltraumgestützten Teleskopen zu senken.
Solche Spiegel wären besonders nützlich in Teleskopen, die mehrere Spiegelsegmente verwenden (wie das Keck-Observatorium in Mauna Kea und das James Webb-Weltraumteleskop). Solche Spiegel wären ein echter Kostenschneider, da sie leicht hergestellt werden können und das teure Polieren und Schleifen überflüssig machen würden.
Andere mögliche Anwendungen umfassen Weltraumkommunikation, verbesserte Elektronik und Strukturmaterialien für Raumfahrzeuge. Derzeit ist die Produktion von Kohlenstoffnanoröhren recht begrenzt. Mit zunehmender Verbreitung können wir jedoch erwarten, dass dieses Wundermaterial seinen Weg in alle Aspekte der Weltraumforschung und -forschung findet.
