Forscher in Großbritannien haben bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung von leichten und flexiblen Aluminiumspiegeln für Teleskope auf CubeSats erzielt. Diese innovative Anwendung der 3D-Drucktechnologie, bekannt als Laser Powder Bed Fusion (LPBF) mit der Aluminiumlegierung AlSi10Mg, verspricht eine Gewichtsreduktion von bis zu 60 % bei Primärspiegeln im Vergleich zu herkömmlichen Designs. Dies stellt einen entscheidenden Schritt zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Kosteneffizienz von Kleinsatelliten dar.
Der entwickelte Spiegel weist eine ringförmige Struktur mit einem Außendurchmesser von 84 mm und einem Innendurchmesser von 32 mm auf. Eine interne Gitterstruktur, ähnlich einer Wabenkonstruktion, wurde integriert, um die Robustheit zu erhöhen und gleichzeitig das Gewicht drastisch zu senken. Finite-Elemente-Analysen (FEA) prognostizierten eine Gewichtsreduktion von etwa 56 %, was dem angestrebten Ziel von 60 % sehr nahe kommt. Die Herstellung erfolgte mittels LPBF unter Verwendung von AlSi10Mg. Nachbearbeitungsschritte wie Heißisostatische Pressung (HIP) zur Minimierung von Porosität und Single-Point-Diamond-Turning zur Erzeugung einer reflektierenden Oberfläche waren entscheidend für die Qualität des Endprodukts.
Die Untersuchung mittels Röntgen-Computertomographie deckte kleine Poren auf, insbesondere am Rand, wo sich der Laserpfad änderte. Die Oberflächenrauheit lag bei allen Proben unter 8 nm. HIP-behandelte Proben zeigten eine leicht erhöhte Rauheit im Vergleich zu diamantgedrehten Oberflächen. Während der HIP-Prozess die interne Porosität reduzierte und die Festigkeit erhöhte, führte er auch zu höheren Werten für Total Integrated Scatter (TIS) aufgrund der erhöhten Oberflächenrauheit, was die Eignung für Teleskopanwendungen beeinträchtigte.
Die Forschung im Vereinigten Königreich, die auf LPBF basiert, ermöglicht die Herstellung komplexer Gitterstrukturen, die mit herkömmlichen Methoden nicht realisierbar wären. Dies eröffnet neue Designmöglichkeiten für leichte Spiegel, die für die Funktion optimiert sind. Die Herausforderung der Porosität, ein häufiger Defekt bei additiv gefertigten Materialien, wird durch Techniken zur Minderung der Porenverteilung nahe der optischen Oberfläche angegangen. Zukünftige Arbeiten umfassen die Anwendung einer Chrombeschichtung zur Verbesserung der Oberflächenqualität und umfassende Tests zur thermischen Flexibilität, um die Leistung unter Weltraumbedingungen zu bewerten.
Die wachsende Nachfrage nach kostengünstigen, robusten und leichten Spiegeln für die Weiterentwicklung der CubeSat-Technologie macht diese Forschung zu einem entscheidenden Fortschritt in der Weltraumoptik. Die Miniaturisierung von optischen Komponenten ist ein Schlüsselfaktor für die Weiterentwicklung von CubeSats, die immer anspruchsvollere wissenschaftliche Instrumente und technologische Nachweise in den Weltraum bringen. Die Fähigkeit, hochauflösende Bilder zu erzeugen und agile Strahlsteuerung zu ermöglichen, revolutioniert die Möglichkeiten dieser kleinen Satelliten.