NARIT Tech
กระจกกล้องโทรทรรศน์อวกาศชุดแรกของไทย
กลึงด้วยเพชรที่เชียงใหม่
รู้หรือไม่ “เพชร” อัญมณีล้ำค่าที่เราคุ้นเคย นำมาใช้เป็นเครื่องมือตัดโลหะที่ต้องการความแม่นยำสูงได้ เทคโนโลยีนี้เรียกว่า การกลึงด้วยหัวเพชรจุดเดียว (Single-Point Diamond Turning: SPDT) ช่วยขึ้นรูปผิวโลหะให้เรียบจนกลายเป็นกระจกได้ในระดับนาโนเมตร
NARIT โดยทีมวิศวกรห้องปฏิบัติการ SEAL Lab (SPDT Engineering, Assembly, and Laser Metrology Laboratory) ร่วมกับกลุ่มวิจัย ภาคีความร่วมมืออวกาศไทย (TSC) และศูนย์พัฒนาเทคโนโลยีทัศนศาสตร์และโฟโตนิกส์ ผลิตกระจกกล้องโทรทรรศน์สำหรับดาวเทียม CubeSat ขนาด 6U ชุดแรกของไทยได้สำเร็จ ด้วยเทคโนโลยี SPDT ตั้งแต่ออกแบบ ขึ้นรูป ตรวจวัด ประกอบและปรับแนวกระจก ณ ห้องปฏิบัติการ SEAL Lab ภายในอุทยานดาราศาสตร์สิรินธร อำเภอแม่ริม จังหวัดเชียงใหม่
กลึงโลหะด้วยหัวเพชรให้ผิวเรียบระดับนาโนเมตร
กระจกชุดนี้ประกอบด้วย กระจกปฐมภูมิ (M1) และกระจกทุติยภูมิ (M2) ผลิตจากอะลูมิเนียมอัลลอย โดยออกแบบให้ผิวสะท้อนแสงและโครงสร้างยึดกระจก M2 เป็นชิ้นเดียวกัน ช่วยลดรอยต่อระหว่างวัสดุและลดปัญหาจากการขยายหรือหดตัวเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง อีกทั้งยังสามารถขึ้นรูปให้เหมาะกับพื้นที่จำกัดภายในดาวเทียมขนาดเล็กได้
การขึ้นรูปใช้เทคนิคกลึงด้วยหัวเพชรจุดเดียว (Single-Point Diamond Turning: SPDT) แบบ 5 แกนของ SEAL Lab โดยใช้มีดเพชรผลึกเดี่ยวตัดเนื้อโลหะออกทีละชั้น ภายในห้องควบคุมอุณหภูมิและการสั่นสะเทือน กระบวนการนี้ทำให้ผิวกระจกมีความหยาบของพื้นผิวน้อยกว่า 5 นาโนเมตร โดยไม่ต้องขัดเงาเพิ่มเติม ซึ่งการผลิตกระจกหนึ่งชิ้นใช้เวลาประมาณ 2-4 สัปดาห์
ตรวจวัดและปรับแนวก่อนนำไปทดสอบ
เมื่อขึ้นรูปกระจกเสร็จแล้ว ยังต้องตรวจสอบว่ากระจกมีคุณสมบัติตรงตามที่ออกแบบไว้หรือไม่ กระจกทุกชิ้นต้องผ่านการตรวจสอบรูปทรงผิว ความหยาบ และค่าการสะท้อนแสงด้วยเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์และเครื่องมือวัดเฉพาะทาง โดยศูนย์พัฒนาเทคโนโลยีทัศนศาสตร์และโฟโตนิกส์ NARIT ทำหน้าที่ตรวจสอบยืนยันผล ก่อนนำกระจกมาประกอบและปรับแนวที่ SEAL Lab
นอกจากตัวกระจกแล้ว NARIT ยังออกแบบโมดูลยึดกระจก ประกอบด้วย กลไกยืดหยุ่น มอเตอร์ปรับตำแหน่ง และเซนเซอร์วัดตำแหน่งแบบคาปาซิทีฟ อุปกรณ์เหล่านี้ช่วยให้สามารถปรับตำแหน่งกระจกได้อย่างแม่นยำ เพื่อให้กระจกทั้งสองชิ้นทำงานร่วมกันตามระบบทางแสงที่ออกแบบไว้
กล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดเล็กแต่มีความยาวโฟกัสกว่า 1 เมตร
ดาวเทียม CubeSat 6U มีขนาด 100 × 200 × 340.5 มิลลิเมตร และมีมวลประมาณ 12 กิโลกรัม การติดตั้งกล้องโทรทรรศน์จึงต้องคำนึงถึงพื้นที่และน้ำหนักที่มีจำกัด โดยทีมวิศวกรใช้ระบบแคสซิเกรน (Cassegrain) ที่มีกระจกสะท้อนแสงสองชิ้น ได้แก่ กระจกปฐมภูมิ (M1) สะท้อนแสงไปยังกระจกทุติยภูมิ (M2) ก่อนส่งแสงไปยังตัวตรวจจับภาพ
แม้ตัวดาวเทียมจะมีความยาวเพียงประมาณ 34 เซนติเมตร แต่การจัดวางกระจกสะท้อนแสงสองชิ้นในระบบแคสซิเกรนช่วยให้กล้องมีความยาวโฟกัสถึง 1.25 เมตร หรือมากกว่าความยาวตัวดาวเทียมกว่า 3 เท่า ขณะที่ความละเอียดเชิงมุมตามการออกแบบอยู่ที่ประมาณ 0.7 พิลิปดาในช่วงแสงที่ตามองเห็น หมายความว่า กล้องสามารถแยกแยะวัตถุที่อยู่ใกล้กันบนท้องฟ้าได้ในมุมที่แคบมาก
การต่อยอดเทคโนโลยี
การพัฒนากระจกชุดนี้ช่วยเพิ่มขีดความสามารถการผลิตกระจกโลหะและชิ้นส่วนทัศนศาสตร์ความแม่นยำสูงภายในประเทศ โดย SEAL Lab ยังผลิตชิ้นส่วนสำหรับกล้องโทรทรรศน์แห่งชาติขนาด 2.4 เมตร และอุปกรณ์สำหรับงานวิจัยด้านทัศนศาสตร์อื่น ๆ นับเป็นก้าวสำคัญของการออกแบบและผลิตกระจกด้วยตนเอง อีกทั้งรองรับภารกิจด้านดาวเทียม การวิจัยทางดาราศาสตร์และอวกาศของไทยในอนาคต
ข้อมูลโดย: ดร. กฤตภาส ชาญชัยวรวิทย์ - นักวิจัย NARIT (หัวหน้าโครงการ)