För att observera miljarder svaga galaxer och undersöka det mörka universums natur, ESA:s banbrytande Euclid-uppdrag kommer att kräva toppmodern optik. Det första optiska elementet som ska levereras, teleskopets primära spegel (M1), har anlänt till Airbus Defence &Spaces lokaler i Toulouse.

Euclids optiska design är baserad på ett teleskop av Korsch-typ med en öppningsdiameter på 1,2 m. Teleskopet har tre böjda speglar (inklusive M1) och tre platta speglar, som riktar ljuset till de två instrumenten ombord med hjälp av ett dikroiskt filter som separerar synliga och nära-infraröda våglängder.

Korsch-designen möjliggör högkvalitativ bildåtergivning över ett mycket stort synfält, ger en vidvinkelkamera som samtidigt är extremt skarp. Detta är ingen enkel bedrift:i jordiska termer, teleskopet skulle kunna observera ett 200 m brett fält – motsvarande arean av 8 fotbollsplaner – från ett avstånd av 18 km med en upplösning på ett 1-euromynt (cirka 2 cm i diameter).

Alla speglarna är gjorda av samma material:kiselkarbid. Samma material används också för strukturen av teleskopet för att minimera inverkan av temperaturförändringar på teleskopets bildkvalitet.

"Detta kommer att göra det möjligt för hela teleskopet att "andas" mjukt och långsamt med temperaturförändringarna, förbättra stabiliteten i dess prestanda, " sa Luis Miguel Gaspar Venancio, chefsingenjör för Euklidteleskopet.

Alla speglars ytor tillverkas till en grad av perfektion som saknar motstycke för något ESA-uppdrag som observerar kosmos vid synliga våglängder. Supersläta optiska ytor behövs på grund av den extrema känsligheten hos det vetenskapliga resultatet för varje minuts minskning av bildkvaliteten.

"Vetenskapen som Euclid kommer att utföra kräver ett extremt exakt och stabilt teleskop, säger René Laureijs, Euklids projektforskare.

"Vi vill mäta små förvrängningar av formen på galaxer på grund av närvaron av mellanliggande mörk materia som böjer ljusets vägar från dessa avlägsna galaxer. Genom att mäta miljarder galaxer, vi kan sedan kartlägga fördelningen av mörk materia i universum."

De begränsande specifikationerna när det gäller optisk kvalitet är särskilt stränga när det gäller M1-spegeln, Euklids största optiska komponent. De silverbelagda, 1,2 m diameter konkav parabolisk spegel levererades nyligen till Airbus från dess franska tillverkare, Safran Reosc.

Den anmärkningsvärda precisionen hos den primära spegelns form är sådan att, om den expanderades till en diameter av 973 km – motsvarande den nord-sydliga utsträckningen av Frankrike – skulle spegelns yta bara avvika från sin perfekta form med mindre än 1,47 cm. Inte bara dess paraboliska form måste vara extremt exakt, men dess yta måste poleras till extremt hög precision. För att fortsätta med samma jämförelse, om spegeln utökades till Frankrikes storlek, varje fläck på 4 km i diameter skulle inte ha några "toppar" högre än tjockleken på ett människohår.

Den andra delen av Euklids optik som redan har producerats och testats är den dikroiska plattan, som är gjord av högkvalitativt smält kiselglas. Dess funktion är att dela det inkommande ljuset spektralt, reflekterar synliga våglängder till Visual Imager (VIS) och nära-infraröda till den nära-infraröda spektrometern och fotometern (NISP).

För att kunna fullgöra sin roll, båda dess ytor är belagda med mer än 180 tunna lager av dielektriska material. Hög enhetlighet för dessa beläggningar över plattan med en diameter på 117 mm krävdes.

Även om det är den minsta optiska komponenten, den dikroiska plattan är den mest kritiska. Någon deformation, eller böjning, av de dikroiska ytorna som orsakas av avsättningen av den reflekterande beläggningen och av temperaturförändringar måste kompenseras. Detta uppnås genom att justera tjockleken på beläggningarna på varje sida på ett sådant sätt att deformationen på båda sidorna är i motsatta riktningar.

"Detta innebär att, när ena sidan av dikroicen dras i en riktning på grund av termomekaniska effekter, sedan dras den andra sidan i motsatt riktning – vilket motverkar deformationen som den första sidan inducerar, sa Venancio.

En flygvärdig modell av den dikroiska plattan integrerades i dess slutliga fäste och testades av Airbus Defence &Space i oktober 2017. Testerna utfördes av Optics Balzers Jena GmbH, beläggningstillverkaren, för den spektrala reflektansen och transmittansen – hur mycket av det inkommande ljuset som reflekteras och hur mycket som transmitteras per våglängd – och ytdeformationsmätningen vid kalla temperaturer kommer att utföras av AMOS, den dikroiska glaspoleraren. En annan flygvärdig modell av den dikroiska plattan kommer att levereras till Airbus i slutet av november 2018.

Tillverkningen av de övriga fem speglarna pågår och alla förväntas levereras till Airbus Defence &Space mellan slutet av 2018 och början av 2019. Under denna produktionsfas, formen på varje spegel mäts, och spektralreflektansen för två av de platta speglarna samplas också.

Tester av det integrerade teleskopet kommer att följa under 2019, när all optik har monterats i teleskopstrukturen.

Under tiden, teamet har slutfört Critical Design Review (CDR) för alla enheter och delsystem på satelliten. Dessa är formella projektmilstolpar för att intyga att designen stöds av adekvata analyser och tester, auktorisera tillverkning och montering av flygmaskinvaran. Rymdfarkosten CDR hölls framgångsrikt tidigare i år, och CDR på uppdragsnivå, som omfattar alla uppdragselement – ​​instrument, rymdskepp, vetenskap och operationell marksegment – ​​pågår för närvarande och kommer att slutföras i slutet av november.

"Leveransen av den primära spegelns flygmodell är en mycket viktig milstolpe i projektutvecklingen, säger Giuseppe Racca, Euclid projektledare.

"För att undvika förseningar, flygmodeller av många element, som den primära spegeln, har redan byggts, och vi ser nu fram emot den verksamhetskritiska designgranskningen som en slutlig bekräftelse på att Euclid-designen är sund i alla dess komponenter och kan ge den vetenskapliga prestanda som krävs."