UVOIR Weltraumteleskope der nächsten Generation mit Hauptspiegeldurchmessern von vier Metern oder mehr sollen der Klärung wichtiger astrophysikalischer Fragestellungen dienen. Gleichzeitig sind solche Instrumente extremen Transport- und Umgebungsbedingungen ausgesetzt und verlieren dadurch ihre optische Qualität. Eine aktiv-optische Korrekturkette kann störende Aberrationen im Teleskop messen und mithilfe eines deformierbaren Spiegels ausgleichen.
Im Rahmen des Projekts hat das Fraunhofer IOF zusammen mit der NUI Galway ein Konzept für eine solche Korrekturkette zur Aberrationskorrektur entwickelt. Basiszenarion dafür ist das „HYPATIA Space Telescope“. Ein Ritchey-Chrétien-Spiegelteleskop mit einem Hauptspiegeldurchmesser von 4 Metern. Gestützt durch analytische und numerische Simulation wurde daraus ein optomechanisches Design erstellt und in einem Breadboard umgesetzt. Dieses Breadboard sollte die Funktion des Gesamtsystems, bestehend aus Wellenfrontmessung, deformierbarem Spiegel und Kontrollalgorythmus zum Ausgleich applikationstypischer Aberrationen demonstrieren. Schwerpunkt am Fraunhofer IOF war dabei die konzeptionelle Auslegung, das Design und die Fertigung eines sphärisch gekrümmten aktiven Metallspiegels.
Basierend auf den vorangestellten theoretischen Analysen und dem mechanischen Design wurde der aktive Metallspiegel in einem herausfordernden Fertigungsprozess hergestellt. Durch ultrapräzise Diamantbearbeitung und magnetorheologisches Finishing (MRF) konnte ein Formfehler von <100 nm RMS innerhalb der nutzbaren Apertur (etwa100 mm) erzielt werden. Durch die Aktivierung der 25 „set-and-forget“ Aktormechaniken wurde der Formfehler auf 15 nm RMS reduziert. Die Integration des Spiegels in einen Testaufbau unseres Partners NUIG ermöglichte die Korrektur von zuvor spezifizierten Zernikemoden. Ein Großteil dieser Aberrationen konnte mit einem maximalen Residuum von 20 nm RMS korrigiert werden.
Wir danken der European Space Agency ESA für die Unterstützung dieser Arbeit. (Vertragsnummer: AO/1-7955/14/NL/KML)
