Vantablack 310 auttaa tähtitieteilijöitä vähentämään valosaastetta

Surrey NanoSystemsin hyvin tumma Vantablack 310 -pinnoite voi vähentää satelliittien näkyvää heijastusta ja siten niiden aiheuttamaa häiriötä tähtitieteellisissä havainnoissa. Yhtiö ja Surreyn yliopisto ilmoittivat vuonna 2025 valmistelevansa pinnoitteen kokeilua Jovian 1 -pienoissatelliitissa. Tämä on mahdollinen lievennyskeino, ei vielä osoitus siitä, että satelliittien valosaaste poistuisi kokonaan.

Valosaaste satelliiteista ja avaruusromusta

Satelliittien heijastukset näkyvät pitkän valotusajan tähtikuvissa viiruina ja voivat vaikeuttaa havaintoja. Kaupunkien valot ovat toinen taivaan kirkastumisen syy. Satelliitin tumma pinnoite kohdistuu heijastuksiin, ei maanpäälliseen valosaasteeseen.

Satelliittien heijastama auringonvalo voi jättää viiruja tähtitieteellisiin kuviin. Ongelma kasvaa, kun matalalle Maan kiertoradalle laukaistaan lisää satelliitteja. Maanpäällinen keinovalo ja satelliittien heijastukset ovat kuitenkin eri ilmiöitä, eikä yksi pinnoite ratkaise molempia.

Lähde: Vantablack

Satelliittien määrän kasvu lisää tarvetta mitata niiden kirkkautta eri katselu- ja valaistuskulmista. Pinnoitteen vaikutus riippuu myös satelliitin muodosta, asennosta, lämpötilasta ja kiertoradasta.

Tietoliikenne-, sää- ja navigointipalvelut hyödyntävät satelliitteja, joten tavoitteena on vähentää haittaa samalla kun avaruusinfrastruktuuria käytetään. Pintamateriaalin on täytettävä myös laitteen lämpö- ja toimintavaatimukset.

Musta maali valosaasteen absorboimiseksi

Heijastuksen vähentämiseksi on tutkittu muun muassa tummaa pintakäsittelyä ja satelliittien suunnan muuttamista. Ratkaisujen tehokkuus on mitattava valmiissa laitteessa; erittäin tumma materiaali voi samalla lisätä lämmön absorptiota.

SpaceX on kokeillut satelliittiensa kirkkauden vähentämistä erilaisilla pinnoilla ja rakenteilla. Yhtiö on yksityinen, eikä sille ole Nasdaqissa julkista SPCX-osaketta. Tumma pinta voi vaikuttaa satelliitin lämpötasapainoon, joten optinen hyöty ja jäähdytys on arvioitava yhdessä.

Surrey NanoSystems valmistaa eri käyttötarkoituksiin suunniteltuja Vantablack-pinnoitteita. Tässä artikkelissa käsitellään kahta eri tuotetta: satelliittipinnan Vantablack 310:tä ja kryogeenisten optisten laitteiden Vantablack S-IR:ää. Niiden testituloksia ei pidä yhdistää yhdeksi kokeeksi.

Aiemmat erittäin mustat pinnoitteet saattoivat olla hankalia levittää tai herkkiä mekaaniselle käsittelylle. Käyttökohteesta riippuen tarvitaan erilainen tasapaino heijastuksen, kestävyyden, huollettavuuden ja lämpöominaisuuksien välillä.

Vantablack-tutkimus

Surrey NanoSystemsin Vantablack S-IR -pinnoitetta on tutkittu kylmien optisten laitteiden hajavalon vaimentamiseen. Se ei ole sama pinnoite kuin satelliitin ulkopinnalle suunniteltu Vantablack 310.

Kryogeenisissä optisissa laitteissa tarkoitus on vähentää hajavaloa laitteen sisällä, jotta herkät mittaukset tarkentuvat. Tämä on eri tavoite kuin satelliitin ulkopinnan näkyvyyden vähentäminen Maasta käsin.

Yhtiö esitteli myös Vantablack 310 -pinnoitteen satelliitin ulkopinnan heijastuksen vähentämiseksi. Surrey NanoSystemsin mukaan sen näkyvän valon kokonaisheijastus on noin kaksi prosenttia; käyttökelpoisuus kiertoradalla vaatii erillisiä kokeita.

Syväavaruuden simulointi Vantablack 310:lla

Kryogeenistä optiikkaa voidaan testata matalissa lämpötiloissa suljetussa kammiossa. Siellä musta pinta hillitsee sisäisiä heijastuksia, jotka muuten voivat heikentää mittausta. Tällainen koe ei suoraan mittaa satelliitin kirkkautta kiertoradalla.

Vantablack S-IR:ää käsittelevissä kokeissa arvioitiin hajavalon hallintaa kryogeenisessä optisessa järjestelmässä. Mittausmenetelmiin kuului kaukoinfrapunan Fourier-muunnosspektrometriaan liittyvä järjestely. Tulokset koskevat käytettyä laitetta ja sen olosuhteita.

Miten Vantablack 310 suoriutui kriogeenisissa testeissä

Kryogeenisen kokeen tuloksia voidaan käyttää optisen laitteen suunnittelussa. Niistä ei pidä päätellä, kuinka paljon Vantablack 310 vähentää matalan kiertoradan satelliitin näkyvää kirkkautta; kyse on eri pinnoitteesta ja mittaustilanteesta.

Vantablack 310:n ilmoitettu kokonaisheijastus näkyvän valon alueella on noin kaksi prosenttia. Heijastus ei silti ole nolla, ja havaittu kirkkaus muuttuu valon suunnan ja satelliitin geometrian mukaan.

Pinnoitteen on kestettävä laukaisu ja avaruuden olosuhteet. Vuonna 2025 valmisteltiin satelliittikokeilua, mutta laboratoriossa mitattu kestävyys ei yksin vahvista pitkän käyttöiän toimintaa kiertoradalla.

Vantablackin hyödyt

Tummalla pinnoitteella voidaan vähentää hajavaloa optiikassa tai satelliitin näkyvää heijastusta. Käytännön hyöty riippuu käyttökohteesta, lämpötasapainosta ja pinnan kestävyydestä. Pinnoite ei tee satelliitista näkymätöntä.

Vantablack tarjoaa parannetun optisen suorituskyvyn

Teleskoopin ja muun optisen instrumentin sisäpintojen tummentaminen voi pienentää mittausta häiritseviä heijastuksia. Suunnittelussa on kuitenkin huomioitava pinnoitteen toiminta juuri käytetyillä aallonpituuksilla.

Kestävä lämpötilamuutoksille

Avaruuskäyttöön tarkoitetun materiaalin on kestettävä suuria lämpötilavaihteluita ja tyhjiötä. Pinnoitteen kestävyys on testattava soveltuvassa järjestelmässä; laboratoriokoe ei korvaa kiertoradalla saatavaa tietoa.

Vantablack vähentää valmistuskustannuksia

Matalampi heijastus ei automaattisesti alenna valmistuskustannuksia. Pinnoitteen levitys, laadunvalvonta, lämpösuunnittelu ja hyväksyntä voivat lisätä kustannuksia. Kokonaistaloudellinen vaikutus on arvioitava satelliittikohtaisesti.

Vantablack-tutkijat

Satelliitin heijastuksen vähentämistä selvittivät Surrey NanoSystems ja Surreyn yliopisto. Vuoden 2025 suunnitelmassa Jovian 1 -CubeSatin yhdelle sivulle oli määrä levittää Vantablack 310:tä, jotta kirkkautta voitaisiin seurata käytännössä. Kylmien optisten laitteiden S-IR-tutkimus on erillinen yhteistyö.

Vantablack-sovellukset

Mahdollisia sovelluksia ovat satelliittien ulkopinnat, teleskooppien sisäiset hajavalosuojat ja muut herkät optiset laitteet. Tuotteen ja pinnoitteen soveltuvuus on arvioitava erikseen.

Teleskoopin pinnoite

Teleskooppien sisäosissa tumma pinnoite voi vaimentaa ylimääräisiä heijastuksia ja parantaa mittausten kontrastia. Hyöty riippuu aallonpituudesta, optisesta rakenteesta ja siitä, kestääkö pinnoite laitteen käyttöolosuhteet.

Kriogeeniset kamarit

Kryogeenisiä kammioita käytetään muun muassa herkän avaruusoptiikan testaamiseen. Niissä Vantablack S-IR voi auttaa hallitsemaan kaukoinfrapunan hajavaloa. Kammion sisäinen suorituskyky ja satelliitin ulkopinnan kirkkaus ovat eri mittareita.

S-IR-pinnoitetta voidaan käyttää laitteen sisäisillä optisilla pinnoilla häiritsevien heijastusten vähentämiseen. Tulokset on mitattava kyseisessä lämpötilassa ja aallonpituusalueessa.

Vantablackin tulevaisuus

Vantablack 310:n mahdollista hyötyä satelliittien kirkkauden hillinnässä oli tarkoitus kokeilla Jovian 1 -tehtävässä. Vuonna 2025 tämä oli tuleva koe, ei jo vahvistettu kiertoratatulos.

Satelliitin kirkkautta voidaan seurata maasta ja verrata mallinnuksiin. Jotta pinnoitteen vaikutus erottuisi, tarvitaan samanaikaisesti tietoa satelliitin asennosta, radasta ja valaistuksesta.

Sijoittaminen ilmailun pinnoitteisiin

Avaruuden pinnoitteita käytetään monissa laitteissa, mutta yksittäinen Vantablack-tutkimus ei osoita hyötyä tietylle pörssiyhtiölle. Seuraava yritysprofiili on erillinen toimialaesimerkki.

Howmet Aerospace Inc.

Howmet Aerospace (HWM ) valmistaa muun muassa ilmailun teknisiä komponentteja ja pinnoiteratkaisuja. Se ei kehittänyt tässä artikkelissa käsiteltyä Vantablack 310 -pinnoitetta.

Yhtiön liiketoimintaa on arvioitava sen omien tuotteiden, sopimusten, kustannusten ja riskien perusteella. Vantablackin laboratoriokokeesta ei voi johtaa ennustetta Howmetin myynnistä.

Avaruus- ja ilmailuyhtiöiden materiaalivalinnat riippuvat teknisistä vaatimuksista ja hankintapäätöksistä. Tämän pinnoitetutkimuksen yhteyttä Howmetin sopimuksiin tai osakekurssiin ei ole osoitettu.

Uusimmat Howmet Aerospace Inc. (HWM) -osaketuotteiden uutiset ja kehitykset

Vantablack – Valosaasteen poistaminen taivaalta

Vantablack 310 voi olla yksi keino vähentää satelliittien näkyvää heijastusta, kun taas S-IR on tarkoitettu esimerkiksi kryogeenisen optiikan hajavalon hallintaan. Molempien hyödyt vaativat käyttökohteen mukaista testausta. Yksikään pinnoite ei yksin poista taivaan valosaastetta.

Lue lisää avaruustekniikan tutkimuksesta täältä.