Iluminând veacurile cosmice întunecate

Această ilustrație descrie un telescop conceptual al craterului lunar de pe partea îndepărtată a lunii. Conceptul de fază incipientă este studiat în cadrul unei finanțări subvenționate din cadrul Programului inovator de concepte avansate al NASA, dar nu este o misiune a NASA. Credit: Vladimir Vostiansky

Stadiu timpuriu NASA Conceptul ar putea vedea roboții care fixează plasele de sârmă într-un crater din partea îndepărtată a lunii, creând un radiotelescop care să ajute la explorarea zorilor universului.

După ani de dezvoltare, proiectul Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) a primit 500.000 de dolari pentru a susține orele suplimentare în momentul în care intră în a doua fază a programului NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC). Deși nu este încă o misiune NASA, LCRT descrie un concept de misiune care ar putea schimba viziunea umanității asupra universului.

Scopul principal al LCRT va fi măsurarea undelor radio cu unde lungi produse de vârstele întunecate cosmice – o perioadă care a durat câteva sute de milioane de ani după marea explozie, Dar înainte ca primele stele să fi început să existe. Cosmologii știu puțin despre această perioadă, dar au venit cu răspunsuri la unele dintre cele mai mari mistere ale științei care ar putea fi limitate la emisiile radio cu unde lungi produse de gazul care ar fi umplut universul în acea perioadă.

A declarat Joseph Lazio, radioastronom la Laboratorul de Propulsie cu jet al NASA din sudul Californiei și membru al echipei LCRT. „Cu un radiotelescop suficient de mare de Pământ, putem urmări procesele care ar duce la formarea primelor stele și poate găsi chiar indicii despre natura materiei întunecate”.

Suprafața lunii este acoperită de cratere, iar o depresiune naturală poate oferi o structură de susținere pentru o antenă de radiotelescop. Așa cum se arată în această ilustrație, cărucioarele Doxel pot ancora plasele de sârmă de la marginea canalului. Credit: Vladimir Vostiansky

Telescoapele radio de pe Pământ nu pot explora această perioadă misterioasă, deoarece undele radio cu unde lungi din acel moment sunt reflectate de un strat de ioni și electroni din partea superioară a atmosferei noastre, o regiune numită ionosferă. Emisiile radio aleatorii ale civilizației noastre zgomotoase pot interfera și cu radioastronomia, inundând cele mai slabe semnale.

Dar, în partea îndepărtată a lunii, nu există nicio atmosferă care să reflecte aceste semnale, iar luna în sine va împiedica conversațiile radio ale Pământului. Partea îndepărtată a Lunii ar putea fi un medicament principal pentru studii fără precedent ale universului timpuriu.

Telescoapele radio de pe Pământ nu pot vedea unde radio cosmice la aproximativ 33 de picioare [10 meters] Saptarchi Bandiupadhyay, tehnolog în robotică la Laboratorul de propulsie cu jet Și investigator principal pe proiectul LCRT. „Dar ideile anterioare pentru construirea unei antene radio pe Lună erau intensive în resurse și complicate, așa că a trebuit să inventăm ceva diferit”.

Construirea de telescoape cu roboți

Pentru a fi sensibil la lungimi de undă radio lungi, LCRT trebuie să fie masiv. Ideea este de a crea o antenă cu o lățime mai mare de 1 km într-un crater cu o lățime de peste 3 km. Cele mai mari radiotelescoape cu o singură placă de pe Pământ – cum ar fi telescopul sferic cu deschidere de cinci sute de metri (FAST) din China și telescopul sferic cu o lățime de 305 metri (305 metri) care nu este în prezent operațional. Observatorul Arecibo din Puerto Rico este construit – în depresiuni naturale asemănătoare bolurilor din peisaj pentru a oferi o structură de sprijin.

Un radiotelescop conceptual poate fi construit dintr-o antenă de sârmă din interiorul craterului. În această ilustrație, receptorul poate fi văzut suspendat deasupra unei farfurii printr-un sistem de cabluri ancorate la marginea botului. Credit: Vladimir Vostiansky

Această categorie de radiotelescop folosește mii de panouri reflectorizante suspendate în interiorul depresiunii pentru a face ca întreaga suprafață a vasului să reflecte undele radio. Receptorul atârnă apoi printr-un sistem de cabluri la un punct focal de deasupra vasului, ancorat de turnuri în jurul perimetrului vasului, pentru a măsura undele radio care ricoșează de pe suprafața curbată de dedesubt. Dar, în ciuda dimensiunilor și complexității sale, nici măcar FAST nu este sensibil la lungimile de undă radio de peste 4,3 metri.

Bandiopadhyay, împreună cu echipa sa de ingineri, oameni de știință în robotică și oameni de știință de la Jet Propulsion Laboratory, a condensat această clasă de radiotelescoape în cea mai simplă formă. Conceptul lor elimină necesitatea de a transporta materiale grele pe Lună și folosește roboți pentru a automatiza procesul de construcție. În loc să folosească mii de panouri reflectorizante pentru a focaliza undele radio primite, LCRT va fi construit dintr-o plasă subțire de sârmă în centrul găurii. O navă spațială va conecta rețeaua și un lander separat va depune rover-urile DuAxel pentru a construi antena în câteva zile sau săptămâni.

DuAxel, un concept automat dezvoltat în JPL, constă din două vehicule turistice uniaxiale (numite Axel) care se pot despărți unul de altul, dar rămân conectate printr-o frânghie. Jumătate va acționa ca o ancoră la marginea groapei pe măsură ce ceilalți coboară pentru a face clădirea.

„DuAxel rezolvă multe dintre problemele asociate cu suspendarea unei antene atât de mari în interiorul unui crater lunar”, a declarat Patrick McGarry, tehnolog în robotică la JPL și membru al echipei de proiect LCRT și DuAxel. „Axel Rovers poate pătrunde în crater în timp ce este atașat la fire, stoarce firele și ridică firele pentru a suspenda antena.”

Identificați provocările

Pentru a duce proiectul la nivelul următor, aceștia vor folosi finanțarea etapei a doua a NIAC pentru a îmbunătăți capacitățile telescopului și diversele metode de misiune, identificând în același timp provocările pe parcurs.

Una dintre cele mai mari provocări cu care se confruntă echipa în această fază este proiectarea rețelei prin cablu. Pentru a menține forma parabolei și distanța precisă între fire, ochiurile trebuie să fie puternice și flexibile, dar suficient de ușoare pentru a fi mișcate. Rețeaua trebuie să poată rezista și schimbărilor de temperaturi sălbatice pe suprafața lunii – începând de la minus 280 de grade Fahrenheit (Minus 173 de grade Celsius) Până la 260 ° F (127 ° C) – fără răsucire sau defectare.

O altă provocare este determinarea dacă compușii Doxl ar trebui să fie pe deplin automatizați sau să implice un factor uman în procesul decizional. Poate DuAxels build să fie suplimentat și cu alte tehnologii de construcție? De exemplu, lansarea harponilor pe suprafața lunii ar putea stabiliza mai bine rețeaua LCRT, necesitând mai puțini roboți.

De asemenea, în timp ce partea îndepărtată a lunii este „radio-liniștită” în acest moment, aceasta se poate schimba în viitor. În prezent, Agenția Spațială Chineză are misiunea de a explora partea îndepărtată a Lunii, la urma urmei, iar dezvoltarea în continuare a suprafeței lunii ar putea influența potențialele proiecte de radioastronomie.

În următorii doi ani, echipa LCRT va lucra și la identificarea altor provocări și întrebări. Dacă vor avea succes, pot fi selectați pentru o dezvoltare ulterioară, un proces iterativ care inspiră Bandyopadhyay.

„Dezvoltarea acestui concept ar putea duce la unele progrese semnificative pe parcurs, în special în ceea ce privește tehnologiile de implementare și utilizarea roboților pentru a construi structuri gigantice în afara Pământului”, a spus el. „Sunt mândru să lucrez cu această echipă diversă de experți care inspiră lumea să se gândească la marile idei care pot face descoperiri inovatoare despre universul în care trăim”.

NIAC este finanțat de către Direcția Misiunii Tehnologice Spațiale a NASA, care este responsabilă pentru dezvoltarea noilor tehnologii și capacități cuprinzătoare de care are nevoie agenția.