Ontwikkeling van trillingsvrij afkoelen van spiegels tot 10-20 K
Waarneming van zwaartekrachtgolven is alleen mogelijk als de versnelling van de spiegels miljarden keren wordt verminderd in vergelijking met de stilste onderzoekslaboratoria.
Hoewel deze uitstekende prestaties met de huidige detectoren bij kamertemperatuur zijn bereikt, brengt de werking onder cryogene temperaturen nieuwe uitdagingen met zich mee en is de controle/beheersing van geïntroduceerde trillingen van cruciaal belang. De geplande strategie voor de koeling van de spiegels is het combineren van cryo-koelers met ultra-lage trillingen, actieve trilling-isolatie van de koude kop van de cryo-koeler en koude overbrengingen met lage stijfheid om deze te verbinden met de cryogene payload.
Er is gekozen voor mono-kristallijne silicium vezels voor de ophanging van de ET-kernoptieken, omdat dit materiaal de beste prestaties levert in termen van hoog efficiënte warmte-extractie uit de spiegel bij 10K en de laagst mogelijke mechanische demping, een eigenschap die cruciaal is om de wetenschappelijke doelen te bereiken van het project.
De belangrijkste uitdagingen in een notendop:
- Spiegel gekoeld tot cryogene temperatuur, vrijwel zonder mechanisch contact: spiegel opgehangen in UHV-omgeving via vier dunne en lange vezels;
- Grote onderdrukking van trillingen afkomstig van de cryogene koeler;
- Verkorting van de afkoeltijd voor een hogere werkcyclus van de telescoop;
- Productie van mono kristallijne silicium vezels;
- Beheersing van ijsfilmvorming op het spiegeloppervlak.
Doelen
Onderzoeksdoel | Versnelling: Versnelling van de spiegels < 1.E-9 (miljardste) van de versnelling van de stilste onderzoekslaboratoria.
Onderzoeksdoel | Cryo temperatuur: De verminderde versnelling bij cryogeen temperatuur (nog niet eerder gedaan).
Onderzoeksdoel | Afkoeltijd: Verkorting van de afkoeltijd voor een hogere werkcyclus van de Telescoop.
Onderzoeksdoel | IJsfilmvorming: Beheersing van ijsfilmvorming op het spiegeloppervlak.
Engineeringdoel | Ontwerpstrategie voor:
- Cryokoelers met ultra lage trilling en voldoende koelvermogen;
- Actieve trilling isolatie van de koude kop van de cryokoeler (bijna zonder mechanisch contact);
- Koude overbrengingen met lage stijfheid om deze te verbinden met de cryogene lading (=Spiegel opgehangen in UHV-omgeving via vier dunne en lange vezels).
Engineeringdoel | Vezels: Productie van mono kristallijne siliciumvezels.
Validatiedoel | Vezels; Voor de ophanging van de ET-kernoptiek is gekozen voor mono kristallijne siliciumvezels vanwege:
- De beste prestatie op het gebied van hoog rendement warmteafvoer uit de spiegel bij 10K;
- Een zo laag mogelijke mechanische demping.