ການອອກແບບທີ່ມີຄວາມທົນທານ: ສິ່ງໃດທີ່ເຮັດໃຫ້ອຸປະກອນເຮືອນການສົ່ງສັນຍານຖືກສ້າງຂຶ້ນເພື່ອໃຊ້ໄດ້ດົນນານ?

ວັດສະດຸເລນທີ່ມີຄວາມໝັ້ນຄົງຕໍ່ອຸນຫະພູມ: ພື້ນຖານຂອງການອອກແບບທີ່ມີຄວາມທົນທານ

ວັດສະດຸເລນທີ່ມີຄວາມໝັ້ນຄົງຕໍ່ອຸນຫະພູມແມ່ນມີຄວາມຈຳເປັນຕໍ່ການຮັກສາປະສິດທິພາບໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ມີການປ່ຽນແປງອຸນຫະພູມຢ່າງຮຸນແຮງ, ເຊັ່ນ: ໂທລະສະຄົບອາວະກາດ ແລະ ລະບົບເລເຊີທີ່ມີພະລັງງານສູງ. ວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ຊ່ວຍປ້ອງກັນການບິດເບືອນ, ການຈັດຕັ້ງໝາຍທີ່ຜິດພາດ, ແລະ ການເສື່ອມສະພາບພາຍໃຕ້ຄວາມເຄັ່ງຕຶງດ້ານອຸນຫະພູມ, ເຮັດໃຫ້ມີຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືໃນໄລຍະຍາວ.

ບົດບາດຂອງ Zerodur ແລະ ແກ້ວ Ultra-Low Expansion (ULE) ໃນການຫຼຸດຜ່ອນການບິດເບືອນຈາກຄວາມຮ້ອນ

ແກ້ວ Zerodur® ແລະ ULE ມີອັດຕາການຂະຫຍາຍຕົວຈາກຄວາມຮ້ອນຕ່ຳກວ່າ 0.05 × 10⁻⁶ ຕໍ່ເຄິລວິນ (Kelvin), ໝາຍຄວາມວ່າຂະໜາດຂອງມັນປ່ຽນແປງໜ້ອຍຫຼາຍເຖິງຈະມີການຜັນປ່ຽນຂອງອຸນຫະພູມ. ຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງວັດສະດຸແບບນີ້ມີຄວາມໝາຍຫຼາຍໃນລະບົບ quang (optical systems) ເນື່ອງຈາກວ່າເຖິງແມ້ການເຄື່ອນຍ້າຍຂະໜາດນ້ອຍທີ່ລະດັບ nanometer ກໍສາມາດເຮັດໃຫ້ລະບົບເສຍໄປໄດ້. ຕາມລາຍງານອຸດສາຫະກໍາປີ 2023 ທີ່ຜ່ານມາ, ອຸປະກອນທີ່ຜະລິດຈາກວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ສາມາດຮັກສາຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງຄື້ນ (wavefront accuracy) ໃນລະດັບ λ/20 ຫຼັງຈາກຖືກສຳຜັດກັບການຜັນປ່ຽນອຸນຫະພູມຢ່າງຮຸນແຮງເຖິງ 150 ອົງສາເຊີເຊຍນ (Celsius). ນັ້ນແມ່ນເຫດຜົນທີ່ພວກເຮົາເຫັນມັນຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນລະບົບກ້ອງຖ່າຍຮູບຂອງດາວທຽມ ແລະ ໃນເຄື່ອງຈັກຄວາມແມ່ນຍຳສູງທີ່ໃຊ້ໃນການຜະລິດຊິບຄອມພິວເຕີ, ເຊິ່ງການຮັກສາຂໍ້ກຳນົດທີ່ຖືກຕ້ອງແມ່ນມີຄວາມຈຳເປັນຢ່າງຍິ່ງ.

Silicon Carbide (SiC) ເປັນພື້ນຖານທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງສຳລັບສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຮຸນແຮງ

ຄຸນສົມບັດການນຳຄວາມຮ້ອນຂອງຊິລິໂຄນຄາໄບຣ (Silicon carbide) ນັ້ນດີເດັ່ນຫຼາຍ, ດີກວ່າແອລູມິນຽມປະມານ 4 ເທົ່າ. ລວມທັງມີສຳປະສິດການຂະຫຍາຍຕົວຈາກຄວາມຮ້ອນທີ່ດີໃນລະດັບປະມານ 4.3 ຄູນ 10 ກຳລັງ -6 ຕໍ່ເຄິລວິນ (per Kelvin). ສິ່ງນີ້ໝາຍຄວາມວ່າຄວາມຮ້ອນຈະຖືກແຜ່ກະຈາຍອອກໄດ້ຢ່າງວ່ອງໄວຈາກຊິ້ນສ່ວນທີ່ຜະລິດຈາກຊິລິໂຄນຄາໄບຣ, ເຊິ່ງຊ່ວຍຮັກສາອຸນຫະພູມໃຫ້ຕ່ຳ ໂດຍບໍ່ເກີດ gradient ທາງຄວາມຮ້ອນທີ່ເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເຄັ່ງຕຶງທາງກົນຈັກຕ່າງໆ. ໃຊ້ຕົວຢ່າງຈາກອົງການອາວະກາດຍຸໂລບ (European Space Agency) ກ່ຽວກັບ Solar Orbiter. ແວ່ນໂທລະສະຄອບຂອງຢານອະວະກາດດັ່ງກ່າວຖືກຜະລິດດ້ວຍຊິລິໂຄນຄາໄບຣ ແລະ ພວກມັນເຮັດວຽກໄດ້ດີ ເຖິງແມ້ວ່າຈະຖືກສຳຜັດກັບລັງສີແສງຕາເວັນທີ່ເຂັ້ມຂຸ້ນເຖິງ 10 ແມກກາວັດຕ໌ຕໍ່ຕາລາງແມັດ. ບໍ່ມີສັນຍານຂອງຄວາມເສຍຫຼືການຫຼຸດລົງຂອງປະສິດທິພາບໃນຂະນະດຳເນີນງານ, ສະນັ້ນພວກເຮົາສາມາດເວົ້າໄດ້ຢ່າງປອດໄພວ່າຊິລິໂຄນຄາໄບຣ ເຮັດວຽກໄດ້ດີຫຼາຍ ທັງໃນໂຄງການອະວະກາດ ແລະ ການນຳໃຊ້ໃນອຸດສາຫະກຳຕ່າງໆ ທີ່ມີສະພາບການຮຸນແຮງ.

ການວິເຄາະປຽບທຽບສໍາປະສິດຂະຫຍາຍຕົວຈາກຄວາມຮ້ອນໃນພື້ນຖານທາງດ້ານແສງ

ກໍລະນີສຶກສາ: ຄວາມໝັ້ນຄົງດ້ານຄວາມຮ້ອນໃນລະບົບແວ່ນຂອງໂທລະສະຄົບ James Webb

ໂທລະສະຄົບ James Webb ມີແວ່ນຫຼັກຂະໜາດໃຫຍ່ 6.5 ແມັດ ທີ່ປະກອບດ້ວຍຊິ້ນສ່ວນເບີຣີລຽມ (beryllium) ທີ່ຄຸມດ້ວຍຄຳໜັກພຽງ 48 ກຼາມ. ການຄຸມນີ້ບໍ່ໄດ້ເລືອກມາແບບສຸ່ມເດັດຂາດ – ວິສະວະກອນເລືອກຄຳຍ້ອນມັນເຮັດວຽກໄດ້ດີຫຼາຍໃນອຸນຫະພູມຕ່ຳຈົນເຖິງ -240 ອົງສາເຊວໄຊອຸນຫະພູມທີ່ໂທລະສະຄົບດຳເນີນການ. ສິ່ງທີ່ໜ້າທຶກໃຈທີ່ສຸດກໍຄືວິທີທີ່ພວກເຂົາຮັກສາໃຫ້ທຸກຢ່າງຢູ່ໃນລະດັບທີ່ຖືກຕ້ອງ. ໂຄງສ້າງຮອງຮັບໃຊ້ວັດສະດຸທີ່ເອີ້ນວ່າ ULE glass ພ້ອມກັບລະບົບຄວບຄຸມຄວາມຮ້ອນພິເສດທີ່ຮັກສາໃຫ້ທຸກຢ່າງຢູ່ໃນລະດັບທີ່ຖືກຕ້ອງພາຍໃນ 25 ນາໂນແມັດ. ນັ້ນແມ່ນປະມານ 150 ເທົ່າຂອງສິ່ງທີ່ Hubble ສາມາດຈັດການໄດ້ໃນຍຸກນັ້ນ. ແລະການທົດສອບຈິງຫຼັງຈາກຍິງຂຶ້ນໄປກໍສະແດງໃຫ້ເຫັນສິ່ງທີ່ໜ້າປະທັບໃຈອີກຢ່າງໜຶ່ງ. ເຖິງແມ່ນວ່າອຸນຫະພູມຈະປ່ຽນແປງເຖິງ 80,000 ເຄິລວິນ (Kelvin) ໂທລະສະຄົບກໍຍັງຮັກສາຄວາມຊັດເຈນໄດ້ດ້ວຍຄວາມບິດເບືອນທີ່ຕ່ຳກວ່າ 1%. ນີ້ແມ່ນຫຼັກຖານທີ່ໜ້າທຶກໃຈວ່າການເລືອກວັດສະດຸຢ່າງລະມັດລະວັງທັງໝົດນັ້ນໃຫ້ຜົນສຳເລັດໃນທິ້ງສຸດ.

ຊັ້ນຄຸ້ມກັນທີ່ຕ້ານທານລັງສີແລະຕ້ານການປົນເປື້ອນ ສຳລັບຄວາມທົນທານໃນໄລຍະຍາວ

ຊັ້ນຄຸ້ມກັນດີເອເລັກໂທຣນິກອະງົຄະນິກ: HfO2, Al2O3, ແລະ SiO2 ໃນການນຳໃຊ້ທີ່ມີລັງສີສູງ

ຊັ້ນຄຸ້ມກັນທີ່ຜະລິດຈາກວັດສະດຸເຊັ່ນ ດຽວເບີຢູມໄອໂອໄຄ (HfO2), ອາລູມິນຽມອອກໄຊ (Al2O3), ແລະ ໄຊລິໂຄນໄອໂອໄຄ (SiO2) ມີຄວາມຕ້ານທານຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ລັງສີแกມມາ, ລັງສີອີເລັກໂທຣນ, ແລະ ແມ້ກະທັ້ງລັງສີຈາກຈັກກະວານ. ການສຶກສາທີ່ຖືກຕີພິມເມື່ອບໍ່ດົນມານີ້ໂດຍ ທ່ານ ແຟນ ແລະ ຮ່ວມງານໃນປີ 2024 ພົບວ່າ HfO2 ສາມາດຮັກສາຄຸນສົມບັດການສະທ້ອນແສງໄດ້ປະມານ 98% ເຖິງແມ່ນວ່າຈະຖືກສຳຜັດກັບລັງສີແກມມາເຖິງ 1 ລ້ານ ຣາດ. ສິ່ງທີ່ເຮັດໃຫ້ດີເອເລັກໂທຣນິກອະງົຄະນິກເຫຼົ່ານີ້ມີຄວາມແຂງແຮງກໍຄື ສະຖານະພາບຜົນກະທົບຂອງມັນທີ່ຕ້ານທານຕໍ່ຂໍ້ບົກຜ່ອງ. ໃນຂະນະດຽວກັນ, ການທົດສອບສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ ໄຊລິໂຄນໄອໂອໄຄ (SiO2) ກໍມີອັດຕາການສວມໂຊມຕ່ຳຫຼາຍ, ດ້ວຍຄວາມເສຍຫາຍຂອງພື້ນຜິວທີ່ຕ່ຳກວ່າ 0.01% ທີ່ຖືກສັງເກດເຫັນໃນໄລຍະ 100 ຊົ່ວໂມງພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການຈຳລອງອະວະກາດໃນດວງຈັນດິນ. ຄວາມທົນທານຂອງຊະນິດນີ້ອະธิบายວ່າ ເປັນຫຍັງອົງການອະວະກາດ ແລະ ຜູ້ຜະລິດດາວທຽມຈຶ່ງນິຍົມໃຊ້ວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ສຳລັບຊິ້ນສ່ວນສຳຄັນໃນເຄື່ອງມືຂອງພວກເຂົາ.

ກາວແລະລະບົບຜນຶກທີ່ມີອາຍພຸ່ງຕ່ຳ: ການປ້ອງກັນການເກີດໃບຝາໃນສຸນຍາກາດ ແລະ ອາວະກາດ

ບັນຫາຂອງກາວປະສົມປົກກະຕິໃນສະພາບແວಕັມນັ້ນແມ່ນມັນມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະປ່ອຍອາຍທີ່ເຮັດໃຫ້ເກີດບັນຫາການຄອງຕົວ ແລະ ຈຸດຂຸ່ນຂັ້ງໃນຊິ້ນສ່ວນທາງດ້ານເລນທີ່ອ່ອນໄຫວ ເຊິ່ງພວກເຮົາອີງໃຈຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ແຕ່ດີໆແລ້ວ, ຕົວເລືອກໃໝ່ທີ່ອີງໃສ່ຊິລິໂຄນ ໄດ້ປັບປຸງປະສິດທິພາບຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນການຄວບຄຸມການປ່ອຍອາຍ. ວັດສະດຸຂັ້ນສູງເຫຼົ່ານີ້ ໄດ້ບັນລຸມາດຕະຖານທີ່ເຂັ້ມງວດ ປະມານ 0.05% ຂອງການສູນເສຍນ້ຳໜັກທັງໝົດ ຕາມມາດຕະຖານການທົດສອບ ASTM E595, ເຊິ່ງດີກວ່າຜະລິດຕະພັນອີພອກຊີ (epoxy) ທົ່ວໄປເຖິງປະມານ 20 ເທົ່າ. ເມື່ອນຳເອົາກາວປະສົມທີ່ດີຂຶ້ນມານີ້ມາໃຊ້ຮ່ວມກັບວິທີການປິດຜນທີ່ຖືກຕ້ອງ ໂດຍໃຊ້ໂລຫະອັລລອຍທອງຄຳ-ດີບ, ຜູ້ຜະລິດຈະໄດ້ຮັບຜົນໄດ້ຮັບທີ່ດີເລີດ. ລະບົບທີ່ຖືກສ້າງຂຶ້ນແບບນີ້ສາມາດຮັກສາລະດັບການປົນເປື້ອນໃຫ້ຕ່ຳກວ່າສ່ວນໃນລ້ານ ເຖິງແມ້ວ່າຈະຜ່ານການປ່ຽນແປງອຸນຫະພູມຫຼາຍພັນຄັ້ງ ລະຫວ່າງ ອຸນຫະພູມ -173 ອົງສາເຊວສຽດ ແລະ +125 ອົງສາເຊວສຽດ. ປະສິດທິພາບຂອງແບບນີ້ໝາຍເຖິງເລນທີ່ຊັດເຈນຂຶ້ນ ແລະ ການໃຊ້ງານທີ່ຍືນຍົງຍາວນານຂຶ້ນ ສຳລັບອຸປະກອນທີ່ເຮັດວຽກໃນສະພາບການທີ່ຮຸນແຮງ.

ຄວາມຕ້ານທານຂອງວັດສະດຸຕໍ່ຄວາມຊື້ນ, ສານເຄມີ ແລະ ຮັງສີ UV ທີ່ຮຸນແຮງ

ລະບົບອົບຕິກທີ່ໃຊ້ຢູ່ທີ່ດິນຕ້ອງປະເຊີນກັບສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຫຍຸ້ງຍາກຫຼາຍ. ພວກມັນຕ້ອງສາມາດຈັດການກັບສິ່ງຕ່າງໆ ເຊັ່ນ: ຝຸ່ນນ້ຳເກືອຕາມມາດຕະຖານ ASTM B117, ດຳເນີນການໃນສະພາບການເປັນກົດ, ແລະ ຢູ່ລອດໄດ້ເປັນໄລຍະຍາວພາຍໃຕ້ແສງ UV ລະຫວ່າງ 280 ຫາ 320 ນາໂນແມັດ. ຊັ້ນຄຸ້ມ Al2O3 ມີປະສິດທິພາບດີເດັ່ນໃນສະຖານະການເຫຼົ່ານີ້. ຫຼັງຈາກຢູ່ໃນສະພາບຄວາມຊື້ນ 95% ໃນໄລຍະ 1,000 ຊົ່ວໂມງ, ຊັ້ນຄຸ້ມເຫຼົ່ານີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນການຫຼຸດລົງຂອງການສົ່ງຜ່ານໜ້ອຍກວ່າ 0.5%. ນັ້ນແມ່ນດີຂຶ້ນປະມານ 30% ສົມທຽບກັບຊັ້ນຄຸ້ມ zinc sulfide ລຸ້ນກ່ອນໜ້າທີ່ເຄີຍຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງ. ເຫດຜົນທີ່ເຮັດໃຫ້ມັນມີຄວາມທົນທານສູງແມ່ນຫຍັງ? ເຄັດລັບຢູ່ທີ່ພົວພັນເຄມີທີ່ແຂງແຮງຂອງມັນ ທີ່ບໍ່ງ່າຍທີ່ຈະແຕກໂຕ້ຍເມື່ອຖືກສຳຜັດກັບນ້ຳ ຫຼື ແສງແດດ. ສິ່ງນີ້ໝາຍຄວາມວ່າມັນຈະຢູ່ໄດ້ດົນກວ່າເກົ່າໃນບັນດາສະຖານທີ່ທີ່ອຸປະກອນຖືກທຳລາຍຈາກອາກາດທະເລ, ພາຍຸທราย ຫຼື ມົນລະພິດຈາກອຸດສາຫະກຳ.

ຄວາມແຂງແຮງທາງກົນຈັກ: ຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ການຂີດຂົ scratch, ຄວາມທົນທານ, ແລະ ການທົດສອບສະພາບແວດລ້ອມ

ລະບົບອົບຕິກທີ່ເຊື່ອຖືໄດ້ໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຮຽກຮ້ອງສູງຂຶ້ນກັບຄວາມຕ້ານທານການຂີດ, ຄວາມແຂງແຮງຕໍ່ການແຕກ, ແລະ ການຢັ້ງຢືນສະພາບແວດລ້ອມຢ່າງເຂັ້ມງວດ. ປັດໃຈເຫຼົ່ານີ້ຮັບປະກັນຄວາມຢູ່ລອດໃນການນຳໃຊ້ດ້ານອາວະກາດ, ການປ້ອງກັນ, ແລະ ການຮັບຮູ້ທີ່ນຳໄປໃຊ້ງານໃນສະຖານທີ່.

ການເລືອກວັດສະດຸສຳລັບອາຍຸການໃຊ້ງານ: ຄວາມແຂງ, ຄວາມແຂງແຮງ, ແລະ ຜິວພື້ນ

ເມື່ອຈັດການກັບວັດສະດຸທີ່ຕ້ອງຮັບມືກັບການສວມໃຊ້, ພວກເຮົາມักຈະເບິ່ງວັດສະດຸທີ່ມີຄ່າຄວາມແຂງຕາມ Vickers ສູງກວ່າ 300 HV. ແກ້ວໄຊລິໂຄນ (Silicon carbide) ແມ່ນໜຶ່ງໃນວັດສະດຸດັ່ງກ່າວທີ່ເໝາະສົມດີ. ປັດໄຈສຳຄັນອີກຢ່າງໜຶ່ງກໍຄືຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ການແຕກຫັກ, ເຊິ່ງຄວນຈະສູງກວ່າ 3 MPa√m ເພື່ອປ້ອງກັນການແຜ່ກະຈາຍຂອງແຕກຫຼັງຈາກເກີດຄວາມເສຍຫາຍຈາກການກະທົບ. ໃຫ້ເບິ່ງຕົວຢ່າງເຊັ່ນ fused silica. ວັດສະດຸນີ້ສາມາດບັນລຸຄ່າຄວາມແຂງປະມານ 550 HV ໃນການທົດສອບຄວາມແຂງ ແລະ ຍັງຮັກສາຄວາມຕ້ານທານທີ່ດີໃນລະດັບປະມານ 0.8 MPa√m. ນີ້ເຮັດໃຫ້ມັນເຮັດວຽກໄດ້ດີຫຼາຍໃນບັນດາບ່ອນທີ່ຕ້ອງການທັງຄວາມແຂງແຮງ ແລະ ຄວາມໂປ່ງໃສ ເຊັ່ນ: ຕາຕົກເຮືອບິນ. ແລະ ຢ່າລືມເຖິງເງື່ອນໄຂດ້ານຜິວພັກເກີນໄປ. ເມື່ອຜູ້ຜະລິດຂັດຜິວພັກໃຫ້ມີຄວາມຂາດດ່ຽວ (RMS roughness) ຕ່ຳກວ່າ 1 ນາໂນແມັດ, ມັນຈະຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນການເກີດຮອຍຂີດຂົ scratch ເກືອບ 75% ເມື່ອທຽບກັບວິທີການຂັດທົ່ວໄປ. ນີ້ຈຶ່ງເຂົ້າໃຈໄດ້ວ່າເປັນຫຍັງຈຶ່ງມີການນຳໃຊ້ກັນຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນບັນດາການນຳໃຊ້ທີ່ຕ້ອງການປະສິດທິພາບສູງ.

ບົດບັນທຶກການທົດສອບມາດຕະຖານ ສຳລັບຄວາມທົນທານດ້ານເຄື່ອງຈັກ ແລະ ສິ່ງແວດລ້ອມ

ເພື່ອໃຫ້ມີສິດໄດ້ຮັບການຕິດຕັ້ງ, ສ່ວນປະກອບທາງດ້ານ quang ຕ້ອງຜ່ານການທົດສອບຕາມມາດຕະຖານທີ່ຈຳລອງເງື່ອນໄຂທີ່ຮຸນແຮງ:

• 500+ ວົງຈອນຄວາມຮ້ອນ (-173°C ຫາ +125°C)
• ການຊອກທາງກົນຈັກ 100 G
• ການສຳຜັດກັບໝອກເກືອເປັນເວລາ 200 ຊົ່ວໂມງ

ສ່ວນປະກອບທີ່ບັນລຸຕາມມາດຕະຖານເຫຼົ່ານີ້ຈະຮັກສາອັດຕາການແຜ່ກັບຄືນ 99.2% ຫຼັງຈາກການຈຳລອງພາລະກິດ 10 ປີ. ຕົວຢ່າງ, ແສງເລເຊີ SuperCam ຂອງຍານ Mars Perseverance ໄດ້ເກີນມາດຕະຖານ MSL-ICE-023 ຂອງ NASA ດ້ານຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ອະນຸພາກ 40%, ເຮັດໃຫ້ສາມາດດຳເນີນງານຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຜ່ານພາຍໃນ 900 sols ຂອງພายຸຝຸ່ນດິນດານຊາດ Martian.

ອົງປະກອບ quang ທີ່ທົນທານຕໍ່ການໃຊ້ງານຮຸ່ນຕໍ່ໄປ: Meta-Optics ແລະ ການພັດທະນາດ້ານ Nanophotonic

Meta-Optics ສຳລັບລະບົບທີ່ມີຂະໜາດນ້ອຍ, ມີຫຼາຍໜ້າທີ່, ແລະ ມີຄວາມໝັ້ນຄົງຕໍ່ສະພາບແວດລ້ອມ

ເทັກນິກ Meta optics ສາມາດເຮັດວຽກໄດ້ໂດຍການໃຊ້ພື້ນຜິວທີ່ຖືກອອກແບບໃນຂະໜາດນາໂນ ແທນທີ່ຈະໃຊ້ຊິ້ນສ່ວນຫຼັກສ່ອງແບບດັ້ງເດີມທີ່ໃຫຍ່ໆ ແລະ ເຮົາໄດ້ໃຊ້ມາດົນນານ. ສິ່ງນີ້ອະນຸຍາດໃຫ້ສາມາດສ້າງອຸປະກອນທີ່ບາງຫຼາຍ ແລະ ສາມາດເຮັດຫຼາຍໆຢ່າງພ້ອມກັນໄດ້. ພ້ອມກັບການອອກແບບດ້ວຍ AI, metasurfaces ລຸ້ນໃໝ່ສາມາດຄວບຄຸມຄວາມບົກພ່ອງດ້ານ quang häc ໄດ້ຕ່ຳກວ່າ 0.05 lambda RMS, ເຊິ່ງຖືວ່າເປັນຜົນງານທີ່ດີຫຼາຍ. ນອກຈາກນັ້ນ, ມັນຍັງຄົງຄວາມໝັ້ນຄົງໄວ້ໄດ້ ເຖິງແມ່ນຈະຢູ່ໃນສະພາບອຸນຫະພູມທີ່ປ່ຽນແປງຢ່າງຮຸນແຮງລະຫວ່າງ -200 ອົງສາເຊວໄຊອຸດ ແລະ 300 ອົງສາເຊວໄຊອຸດ. ລາຍລະອຽດຂະໜາດນ້ອຍໆເຫຼົ່ານີ້ ທີ່ຜະລິດຈາກວັດສະດຸເຊັ່ນ: silicon nitride ຫຼື titanium dioxide ສາມາດຄວບຄຸມ polarization ແລະ spectral filtering ໄດ້ພາຍໃນຊັ້ນທີ່ມີຄວາມໜາຕ່ຳກວ່າ 1 ມິນລີແມັດ. ແລະ ຂໍ້ມູນທີ່ໜ້າຕື່ນເຕັ້ນ: ຕາມການສຶກສາລ່າສຸດຈາກ JPL ໃນປີ 2023, meta optic lenses ເຫຼົ່ານີ້ຍັງຮັກສາປະສິດທິພາບໄດ້ເຖິງ 98% ຫຼັງຈາກຜ່ານການທົດສອບຄວາມຮ້ອນເຖິງ 1,000 ຄັ້ງ. ຄວາມທົນທານຂອງມັນເຮັດໃຫ້ມັນກາຍເປັນຜູ້ສະໝັກທີ່ແຂ່ງຂັນໄດ້ຈິງຈັງ ສຳລັບການນຳໃຊ້ໃນໂລກຈິງ ໃນຂົງເຂດການຂະຫຍາຍຕົວໃນອາວະກາດ ແລະ ການນຳໃຊ້ໃນອຸດສາຫະກຳ.

ໂຄງສ້າງ Nanophotonic ທີ່ມີຄວາມໝັ້ນຄົງດ້ານກົນຈັກ ແລະ ດ້ານຄວາມຮ້ອນທີ່ດີຂຶ້ນ

ຂົງເຂດຂອງນາໂນຟ໊ອຕັນນິກ ກໍາລັງເຮັດໃຫ້ຊິ້ນສ່ວນມີອາຍຸຍືນຍົງຂຶ້ນ ເນື່ອງຈາກວັດສະດຸຕົວໃໝ່ ເຊັ່ນ: ໂບຣອນໄນໄຕຣດຮູບຫົວໃຈ (h-BN). ວັດສະດຸນີ້ສາມາດຮັບມືກັບຄວາມດັນທີ່ສູງຫຼາຍປານໃດໆ ປະມານ 18 ພັນລ້ານປາສະກອນ (gigapascals) ໃນຂະນະທີ່ການຂະຫຍາຍຕົວເມື່ອຖືກຄວາມຮ້ອນເກືອບເທົ່າກັບສູນ. ການພັດທະນາໃໝ່ໆ ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ ສະຖານທີ່ພິເສດຂອງຜົນເລືອກຄືນແສງ (photonic crystal cavities) ກໍາລັງບັນລຸປັດໄຈຄຸນນະພາບທາງກົນຈັກຫຼາຍກວ່າໜຶ່ງລ້ານໃນສຸນຍາກາດ ເຊິ່ງດີກວ່າ resonators ທຳມະດາປະມານສິບເທົ່າ. ນັກຄົ້ນຄວ້າບາງຄົນ ໄດ້ນຳໃຊ້ວິທີການ deep learning ເພື່ອຄົ້ນຫາວິທີການທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງແຜ່ກະຈາຍໄປຕາມ nanobeams ຂອງຊິລິໂຄນໄຄໂບໄຣດ. ຜົນໄດ້ຮັບ? ບັນຫາການແຕກຮອຍຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ ປະມານສາມສ່ວນສີ່. ທຸກໆການພັດທະນາເຫຼົ່ານີ້ໝາຍຄວາມວ່າ ອຸປະກອນແສງສາມາດຢູ່ລອດຕໍ່ການສັ່ນສະເທືອນທີ່ຮຸນແຮງໄດ້ເຖິງ 500g ແລະ ສາມາດເຮັດວຽກຕໍ່ໄປໄດ້ພາຍໃຕ້ລັງສີເລເຊີທີ່ເຂັ້ມຂຸ້ນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງທີ່ 40 ເວັດຕໍ່ຕາລາງເຊັນຕີແມັດ. ຄວາມສາມາດດັ່ງກ່າວນີ້ ສອດຄ່ອງກັບມາດຕະຖານ MIL-STD-810H ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເໝາະສົມຫຼາຍສຳລັບອຸປະກອນທະຫານ ແລະ ຂົງເຂດທີ່ມີຄວາມໜັກໜ່ວງອື່ນໆ ທີ່ຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືເປັນສິ່ງສຳຄັນທີ່ສຸດ.

ການນຳໃຊ້ຈິງຂອງເລນທີ່ມີຄວາມທົນທານໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຮຸນແຮງ

ຍານຄົ້ນຫາດາວອັງຄານ: ການຢູ່ລອດຈາກຝຸ່ນ, ຮັງສີ, ແລະ ອຸນຫະພູມທີ່ປ່ຽນແປງຢ່າງຮຸນແຮງ

ຍານຄົ້ນຫາ Perseverance ຂອງ NASA ຕ້ອງການອຸປະກອນທາງດ້ານເລນທີ່ແຂງແຮງພຽງພໍທີ່ຈະຢູ່ລອດໄດ້ໃນດາວອັງຄານ, ເຊິ່ງເປັນໜຶ່ງໃນສະຖານທີ່ທີ່ເໝາະສົມທີ່ສຸດສຳລັບເຄື່ອງຈັກໃນລະບົບສຸລິຍະຈັກກະວານ. ລະບົບກ້ອງ Mastcam-Z ມີຊັ້ນຄຸ້ມກັນພິເສດທີ່ຜະລິດຈາກ HfO2 ເຊິ່ງສາມາດຕ້ານທານຕໍ່ຮັງສີໄດ້, ພ້ອມທັງເລນ sapphire ທີ່ຖືກປິດຜນຶກຢ່າງສົມບູນເພື່ອບໍ່ໃຫ້ຝຸ່ນເຂົ້າໄປໃນພາຍໃນ. ນອກຈາກນັ້ນ, ມັນຍັງສາມາດຮັບມືກັບການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມທີ່ຮຸນແຮງ ຈາກປະມານລົບ 130 ອົງສາເຊີນໄຊອັດ ເຖິງ 30 ອົງສາໂດຍບໍ່ເກີດການບິດເບືອນ ຫຼື ພັງ. ການປັບປຸງເຫຼົ່ານີ້ໝາຍຄວາມວ່າກ້ອງສາມາດໃຊ້ງານໄດ້ຍາວນານເຖິງສີ່ເທົ່າຂອງການລະບົດກ່ອນໜ້າ. ອາຍຸການໃຊ້ງານທີ່ຍາວນານຂຶ້ນນີ້ຊ່ວຍໃຫ້ນັກວິທະຍາສາດສາມາດດຳເນີນການສຶກສາດ້ານອຸດົມສາດຢ່າງລະອຽດໄດ້ໃນທຸກລະດູການຂອງດາວອັງຄານ ແທນທີ່ຈະຕ້ອງຮີບຮ້ອນໃນການສັງເກດກ່ອນທີ່ອຸປະກອນຈະພັງ.

ກ້ອງສັງເກດການ James Webb: ມາດຕະຖານໃນວິສະວະກໍາດ້ານ quang ທີ່ເນັ້ນໃສ່ຄວາມຍືນຍົງ

ແຜ່ນໂປ່ງໃສຫຼັກຂອງກ້ອງສັງເກດການ James Webb ປະກອບດ້ວຍຊິ້ນສ່ວນເບີລີເລຽມທີ່ຄຸມດ້ວຍຄໍາ ແລະ ໄດ້ຮັບການເຊື່ອມຕໍ່ກັນດ້ວຍວັດສະດຸທີ່ເອີ້ນວ່າ ULE glass. ເຖິງແມ່ນວ່າຈະຖືກພິດຕະພິດຈາກຮັງສີຈາກຈັກກະວານ ແລະ ອຸນຫະພູມທີ່ແຊ່ແຂງຢູ່ໃນອາວະກາດ, ມັນກໍຍັງຮັກສາຮູບຮ່າງຂອງມັນໄດ້ຢ່າງລະອຽດທີ່ສຸດ. ເຖິງແມ່ນວ່າຈະໄດ້ໃຊ້ເວລາຫຼາຍກວ່າສອງປີໃນອວະກາດ, ລູກເມດຂະໜາດນ້ອຍໆທີ່ພົບກັບມັນກໍຍັງບໍ່ໄດ້ເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເສຍຮູບຫຼາຍ - ພວກເຮົາກໍາລັງເວົ້າເຖິງຄວາມເບີ່ງເບອທີ່ນ້ອຍກວ່າ 12 ນາໂນແມັດໃນທົ່ວພື້ນຜິວຂອງແຜ່ນໂປ່ງໃສ, ເຊິ່ງຖືວ່າດີຫຼາຍຖ້າພິຈາລະນາຈາກຄວາມລະອຽດອ່ອນທີ່ເຄື່ອງມືເຫຼົ່ານີ້ຕ້ອງການ. ເນື່ອງຈາກຄວາມທົນທານທີ່ດີເລີດນີ້, ນັກວິທະຍາສາດສາມາດເຫັນເຂົ້າໄປໃນຈັກກະວານໄດ້ລະອຽດກວ່າທີ່ຜ່ານມາໂດຍໃຊ້ແສງ Infrared, ແລະ ຮູບຮ່າງຂອງກ້ອງສັງເກດການນີ້ອາດຈະຢືນຍົງໄດ້ດົນກວ່າທີ່ໃຜໆຄາດຫວັງໄວ້ໃນເວລາທີ່ເຂົາເຈົ້າເລີ່ມກໍ່ສ້າງມັນຢູ່ເທິງໂລກ.

ການນໍາໃຊ້ໃນໂລກ: optics ທີ່ຕ້ານທານຮັງສີໃນລະບົບນິວເຄຍ ແລະ ລະບົບປ້ອງກັນ

ໃນການຕິດຕາມເຄື່ອງຈັກນິວເຄຍ, ອຸປະກອນທາງດ້ານ quang ທີ່ເຮັດຈາກຊີລິກາທີ່ຖືກເພີ່ມໂຊເລ່ຍມສາມາດຮັບຮັງສີໄດ້ເຖິງປະມານ 1 ລ້ານ Gy ກ່ອນທີ່ຈະເລີ່ມມືດ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ມັນດີຂຶ້ນປະມານ 80 ເທົ່າໃນການຕ້ານທານຄວາມເສຍຫາຍ ຖ້າທຽບກັບແວ່ນທີ່ມີຢູ່ໃນປັດຈຸບັນ. ການທົດສອບທີ່ດຳເນີນມາຕະຫຼອດປີ 2024 ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ສາມາດຮັກສາຄວາມສາມາດໃນການສົ່ງຜ່ານແສງໄດ້ປະມານ 92 ເປີເຊັນ ຫຼັງຈາກຢູ່ພາຍໃນສະພາບການຂອງເຄື່ອງຈັກ CANDU ເປັນເວລາ 5,000 ຊົ່ວໂມງ. ອຸດສາຫະກໍາໄດ້ຮັບເອົາອຸປະກອນ quang ພິເສດເຫຼົ່ານີ້ເປັນສ່ວນປະກອບຫຼັກພາຍໃນລະບົບວັດແທກ neutron flux ໃນເວລາຈິງ ທີ່ມີຢູ່ໃນການອອກແບບເຄື່ອງຈັກໃໝ່. ການຮັກສາສັນຍານໃຫ້ຊັດເຈນຈາກການວັດແທກເຫຼົ່ານີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ສຳຄັນຕໍ່ການດຳເນີນງານຢ່າງລຽບລຽງ, ແຕ່ຍັງມີບົດບາດສຳຄັນໃນການຮັບປະກັນຄວາມປອດໄພຂອງໂຮງງານທັງໝົດໃນທຸກໆດ້ານຂອງການດຳເນີນງານ.

ຄຳຖາມທີ່ຖາມບໍ່ຍາກ

ວັດສະດຸ quang ທີ່ມີຄວາມໝັ້ນຄົງຕໍ່ອຸນຫະພູມແມ່ນຫຍັງ?

ວັດສະດຸອົບຕິກທີ່ມີຄວາມໝັ້ນຄົງດ້ານຄວາມຮ້ອນຖືກອອກແບບມາເພື່ອຮັກສາປະສິດທິພາບຂອງມັນໃນຂະນະທີ່ມີການຜັນປ່ຽນຂອງອຸນຫະພູມຢ່າງຮຸນແຮງ, ປ້ອງກັນການບິດເບືອນ ແລະ ການເສື່ອມສະພາບ.

ເປັນຫຍັງຊີໂຣດູເອີ ແລະ ແກ້ວ ULE ຈຶ່ງສຳຄັນໃນລະບົບອົບຕິກ?

ຊີໂຣດູເອີ ແລະ ແກ້ວ ULE ມີອັດຕາການຂະຫຍາຍຕົວຈາກຄວາມຮ້ອນຕ່ຳຫຼາຍ, ເຮັດໃຫ້ມັນເໝາະສຳລັບການນຳໃຊ້ທີ່ຕ້ອງການຮັກສາຄວາມສອດຄ່ອງ ແລະ ຄວາມແນ່ນອນ, ເຊັ່ນ: ການຖ່າຍຮູບດ້ວຍດາວທຽມ ແລະ ການຜະລິດໄມໂຄຣຊິບ.

ຊີລິໂຄນ ຄາໄບໄດ້ (Silicon carbide) ຊ່ວຍໃຫ້ການນຳໃຊ້ໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຮຸນແຮງດີຂຶ້ນແນວໃດ?

ຊີລິໂຄນ ຄາໄບໄດ້ ແມ່ນຮູ້ຈັກກັນດີໃນດ້ານການນຳຄວາມຮ້ອນໄດ້ດີ ແລະ ຄວາມທົນທານໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງ ແລະ ມີກັມມັນຕະພັນ, ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນທາງເລືອກທີ່ຕ້ອງການໃນການບິນອາວະກາດ ແລະ ການນຳໃຊ້ໃນອຸດສາຫະກຳ.

ເຄືອບມີບົດບາດແນວໃດໃນຄວາມທົນທານຂອງລະບົບອົບຕິກ?

ເຄືອບດ້ານອິນຊີເຄມີເຊັ່ນ HfO2, Al2O3, ແລະ SiO2 ຊ່ວຍປ້ອງກັນລະບົບອົບຕິກຈາກກັມມັນຕະພັນ ແລະ ການສວມໃຊ້ຈາກສະພາບແວດລ້ອມ, ເຮັດໃຫ້ມີອາຍຸຍືນ ແລະ ປະສິດທິພາບດີຂຶ້ນ.