Ricercatori nel Regno Unito hanno sviluppato specchi primari in alluminio per telescopi su CubeSat, sfruttando la stampa 3D per ottenere una significativa riduzione del peso. Questo progresso mira a diminuire la massa degli specchi primari di circa il 60% rispetto ai design convenzionali, un fattore critico che permette di ottimizzare le missioni spaziali. La riduzione del peso non solo abbassa i costi di lancio, ma consente anche l'integrazione di strutture di supporto più snelle, migliorando l'efficienza complessiva del satellite. Aziende specializzate nella produzione di specchi leggeri per applicazioni spaziali confermano che riduzioni fino al 60% sono raggiungibili, abilitando così sistemi ottici più compatti e performanti.
Lo specchio in questione presenta una forma anulare, con dimensioni esterne di 84 mm e interne di 32 mm. La sua struttura interna è stata concepita con un reticolo "split-p", simile a un nido d'ape, per garantire robustezza e al contempo minimizzare la massa. Le simulazioni tramite Elementi Finiti (FEA) hanno confermato una potenziale riduzione di peso del 56%. La manifattura è stata realizzata tramite fusione laser su letto di polveri (Laser Powder Bed Fusion - LPBF), una tecnologia di stampa 3D metallica che sta diventando fondamentale nel settore aerospaziale. L'LPBF consente la creazione di geometrie complesse e reticolari, altrimenti impossibili da realizzare, offrendo un'elevata libertà di progettazione e riducendo il consumo di materiale, aspetti cruciali per componenti aerospaziali leggeri e performanti. La lega di alluminio AlSi10Mg è stata impiegata per questo processo.
Successivamente alla stampa, gli specchi sono stati sottoposti a trattamento Hot Isostatic Pressing (HIP) per ridurre la porosità interna e a tornitura a diamante a punto singolo per ottenere una superficie riflettente. Le analisi hanno evidenziato una rugosità superficiale inferiore a 8 nm, un risultato promettente. Tuttavia, il trattamento HIP, pur migliorando la densità e la resistenza, ha anche aumentato leggermente la rugosità superficiale e la dispersione ottica totale (TIS). Per superare queste sfide, i prossimi passi includono l'applicazione di un rivestimento ottico al cromo e test di flessibilità termica, essenziali per validare le prestazioni in ambiente spaziale.
L'integrazione di ottiche miniaturizzate nei CubeSat è una tendenza in forte crescita, che abilita funzionalità avanzate come l'imaging ad alta risoluzione e l'analisi spettrale in formati estremamente compatti. La capacità di produrre specchi leggeri e precisi è un elemento abilitante per questa evoluzione. La manifattura additiva, con la sua versatilità, permette di superare i limiti dei metodi di produzione tradizionali, aprendo la strada a design di specchi più efficienti e funzionali, rispondendo così alla crescente domanda di soluzioni ottiche avanzate per le piattaforme satellitari di piccole dimensioni. La ricerca in questo campo è fondamentale per far progredire la tecnologia dei telescopi CubeSat. La possibilità di realizzare specchi economici, robusti e leggeri, come dimostrato da questa innovazione, rappresenta un passo importante verso la democratizzazione dell'accesso allo spazio e l'ampliamento delle capacità scientifiche dei CubeSat. Questi progressi tecnologici non solo migliorano le prestazioni ottiche, ma contribuiscono anche a rendere le missioni spaziali più accessibili e ricche di dati, aprendo nuove prospettive per l'osservazione della Terra e l'esplorazione astronomica.