Edward Balaban, investigador principal del Experimento del Telescopio Fluídico (FLUTE) en el Centro de Investigación Ames de la Nasa en Silicon Valley, California, se ha asociado con investigadores de Ames, el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la agencia en Greenbelt, Maryland, y Technion-Instituto de Tecnología de Israel, para explorar si es posible fabricar lentes y espejos de alta precisión en el espacio utilizando líquidos.
«Pensamos, ¿por qué no aprovechar la forma en que los líquidos se comportan naturalmente en microgravedad y aplicarla a la construcción de telescopios a gran escala o componentes ópticos fabricados en el espacio que pueden tener todo tipo de usos», dijo Balaban. «En microgravedad, los líquidos adquieren formas que son útiles para fabricar lentes y espejos, por lo que si los fabricamos en el espacio, podrían usarse para construir telescopios mucho más grandes de lo que se creía posible».
Antes de llevar sus ideas a los cielos, el equipo quería probar sus ideas sobre el terreno. «Los líquidos son útiles no solo para crear las lentes en sí, sino también como un mecanismo para eliminar el efecto de la gravedad en un experimento en la Tierra», dijo Moran Bercovici, profesor asociado de Ingeniería Mecánica en Technion.
«Al inyectar un líquido que puede solidificarse en marcos circulares sumergidos en agua, pudimos crear lentes literalmente en un cubo de limpieza», dijo Valeri Frumkin, quien desarrolló el método en el grupo de Bercovici. «Los polímeros, que también se usan en los salones de uñas para hacer uñas acrílicas o en adhesivos como superpegamento, son una elección natural para el material de las lentes. El truco es asegurarse de que el agua tenga exactamente la misma densidad que el polímero que estamos inyectando para que que las fuerzas de flotabilidad precisamente se oponen a las fuerzas gravitatorias para simular las condiciones de ingravidez».
Las lentes resultantes tienen una calidad de superficie sobresaliente comparable o incluso mejor que la que se puede lograr con los mejores métodos de pulido, y su construcción tomó solo una pequeña fracción del tiempo. «Este método nos permite omitir por completo cualquier proceso mecánico, como esmerilado o pulido», dijo Bercovici. «La física natural de los fluidos simplemente hace todo el trabajo por nosotros».
Pruebas en microgravedad
En diciembre de 2021, el equipo probó sus ideas en dos vuelos parabólicos ZeroG. Los vuelos brindaron 50 oportunidades para lograr períodos de microgravedad de 15 a 20 segundos, tiempo suficiente para que el equipo formara lentes líquidas y capturara datos para analizar si lograron sus objetivos.
Durante el vuelo, los investigadores utilizaron bombas para empujar el aceite sintético en un marco circular (aproximadamente del tamaño de una moneda de un dólar), dejando que el líquido llenara el espacio y lograra momentáneamente la forma deseada. Los aceites son similares al aceite de automóvil, con diferentes niveles de viscosidad, o pegajosidad, para probar cuál funciona mejor.
«Efectivamente, en unos segundos pudimos crear una lente líquida independiente, hasta que el avión se elevó hacia arriba nuevamente y la gravedad entró en acción y los aceites se derramaron», dijo Bercovici. «Nuestro experimento en la estación espacial agregará un paso para curar los fluidos para que mantengan su forma».
Usando un láser para tomar medidas ultrarrápidas y ultraexactas, pudieron ver el momento preciso en que el líquido tomó forma.
Habiendo superado con éxito la primera ronda de vuelos parabólicos, el equipo espera ansiosamente la llegada esta semana de la misión comercial Ax-1 para su experimento a bordo del laboratorio en órbita. El miembro de la tripulación del Ax-1, Eytan Stibbe, realizará el experimento y el exastronauta de la Nasa y comandante del Ax-1, Michael López-Alegría, será su respaldo. El experimento se llevará a cabo completamente en microgravedad, nuevamente utilizando polímeros líquidos (como las lentes endurecidas fabricadas en el laboratorio de Technion) y utilizará luz ultravioleta o temperatura para endurecerlas en órbita. Luego, las lentes regresarán a la Tierra, donde los investigadores de Ames las estudiarán.
«Esperamos que este enfoque cree superficies lisas y con formas perfectas: las mejores superficies para convertirlas en espejos», dijo Vivek Dwivedi, científico de FLUTE en Goddard y experto en tecnología de deposición de capas atómicas que podría usarse para fabricar espejos de telescopio ultraprecisos en espacio. «Si nuestro experimento de estación tiene éxito, será la primera vez que se fabrique un componente óptico en el espacio», dijo Balaban. «Se siente un poco como hacer historia».
El experimento de la estación espacial es parte de la Misión Rakia, dirigida por la Fundación Ramon, y cuenta con el apoyo de la Agencia Espacial Israelí y el Ministerio de Innovación, Ciencia y Tecnología de Israel. La Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la Nasa apoya a FLUTE a través del Fondo de Innovación del Centro y el Programa de Oportunidades de Vuelo. La prueba de FLUTE a bordo de la estación espacial está patrocinada por el Laboratorio Nacional de la Estación Espacial Internacional (ISS).
