Nové technologie pro obří kosmický dalekohled XEUS

První astrofyzikální družice Evropské kosmické agentury ESA s oficiální českou účastí INTEGRAL je od října 2002 na oběžné dráze a slouží světové astronomické komunitě. Sedm let jsme se podíleli na její přípravě a nyní se účastníme na analýze a interpretaci získaných dat.

Dobré zkušenosti s naší prací přispěly k tomu, že jsme nyní přizváni k účasti na dalším právě začínajícím projektu ESA, ještě rozsáhlejším než byl INTEGRAL. XEUS by se měl stát největším projektem evropské kosmické astrofyziky (s rozpočtem 2 miliardy euro a startem v roce 2016) a současně i největším kosmickým dalekohledem v historii. Půjde o gigantický kosmický rentgenový dalekohled s čtvercovou vstupní aperturou 6,4 × 6,4 m a ohniskové vzdálenosti 50 m. To už je příliš na to, aby měl takový dalekohled tubus, a tak budou XEUS tvořit dvě oddělené družice letící ve formaci o vzájemné vzdálenosti 50 m. První družice ponese optiku, obří rentgenový objektiv, druhá detektory, sluneční baterie a elektroniku. Předpokládá se, že kosmický teleskop XEUS bude ve vesmíru pracovat až 25 let (mnohem déle než je u běžných kosmických projektů obvyklé) a stane se po tu dobu klíčovým pozorovacím přístrojem nejen evropských astronomů.

Tentokrát máme unikátní šanci podílet se přímo na optickém systému teleskopu. Jak jsme se k něčemu takovému dostali?

RENTGENOVÉ DALEKOHLEDY
Dalekohledy pracující v rentgenovém světle musí mít úplně jinou optiku než normální teleskopy pro viditelné světlo. Rentgenová optika je založena na tzv. tečném dopadu, kdy paprsek dopadá téměř tečně k povrchu, jinak se neodrazí. Takové povrchy je obtížné vyrobit, musejí být velmi přesné a hladké s mikrodrsností nepřevyšující tisícinu mm. V případě XEUSu musí být použitý materiál navíc extrémně lehký, jinak by měl obří zrcadlový systém s velkou aperturou naplněnou tisíci tenkých zrcadlových slupek obrovskou hmotnost. Optika musí navíc zobrazovat s rozlišením pouhé 2 obloukové vteřiny, jinak by se vzdálené slabé objekty (dalekohled bude mít tak vysokou citlivost, že na čtverečním stupni uvidí okolo 5000 objektů) navzájem slily!

Rentgenové objektivy pro kosmické dalekohledy se u nás vyrábějí již od roku 1971. Během let jsme odzkoušeli řadu netradičních a často nových technologií, které mohou mít velké uplatnění v budoucích projektech. Našli jsme i nové partnery ovládající unikátní technologie pro výrobu ultralehkých kosmických zrcadel jako je třeba formování tenkých skel, kovová skla, lehké keramické materiály či skelný uhlík. První zkušební modul sestavený u nás pro projekt XEUS, tvořený z tenkých rovinných, pozlacených skel o rozměrech 30 × 30 cm a tloušťce 0,75 mm, ohnutých do parabolického tvaru, vyvolal velkou pozornost na mezinárodním workshopu o projektu XEUS v Mnichově. Hustota použitého materiálu je přesně čtyřikrát menší než dosud pro tyto účely běžně užívaného niklu. V poslední době se zaměřujeme na vývoj dvou inovačních technologií – tepelného formování tenkých skel a formování křemíkových desek do přesných optických tvarů. Výsledky českého interdisciplinárního týmu zahrnujícího odborníky z Astronomického ústavu AV ČR, FJFI ČVUT, FS ČVUT, VŠCHT a firem Reflex a ON Semiconductor Czech Republic jsou celosvětově uznávané a patří ke světové špičce.

XEUS
Podle představy ESA by optický systém teleskopu XEUS mělo tvořit asi 640 000 křemíkových desek zformovaných do kuželové aproximace rentgenového objektivu typu Wolter 1. Půjde o první aplikaci křemíkových desek v kosmickém dalekohledu. Jakkoli je tato cesta slibná, je třeba ještě vyřešit řadu problémů. Křemíkové desky jsou dnes masově vyráběné pro potřeby polovodičového průmyslu a pozitivem pro jejich užití v kosmické rentgenové optice je nízká hustota při vysoce lesklém povrchu řádu pouze 0,1 nm a vysoké homogenitě tloušťky řádu pouze 1 mikrometru při typické tloušťce okolo 0,7 mm. Jejich ohyb do požadovaných optických tvarů je však extrémně obtížný.

Přizvání k spoluúčasti na projektu ESA XEUS je velmi významné v širším kontextu, protože představuje účast na vývoji velmi unikátních a inovovaných technologií, z nichž celá řada jistě nalezne i další aplikace. Slibná je i možnost získání přímých zakázek a kontraktů pro české ústavy i firmy.