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Illuminando le oscure età cosmiche

Telescopio radiofonico di concetto del cratere lunare

Questa illustrazione raffigura un telescopio concettuale del cratere lunare sul lato più lontano della luna. Il concetto della fase iniziale è in fase di studio nell’ambito di una sovvenzione del programma Innovative Advanced Concepts della NASA, ma non è un incarico della NASA. Credito: Vladimir Vostiansky

Fase iniziale NASA Il concetto potrebbe vedere i robot attaccare la rete metallica in un cratere sul lato più lontano della luna, creando un radiotelescopio per aiutare a esplorare l’alba dell’universo.

Dopo anni di sviluppo, il progetto Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) ha ricevuto $ 500.000 per sostenere gli straordinari mentre entra nella seconda fase del programma Innovative Advanced Concepts (NIAC) della NASA. Sebbene non sia ancora una missione della NASA, LCRT descrive un concetto di missione che potrebbe cambiare la visione dell’umanità dell’universo.

L’obiettivo principale di LCRT sarà misurare le onde radio a onde lunghe prodotte dall’età oscura cosmica, un periodo che è durato poche centinaia di milioni di anni dopo la grande esplosione, Ma prima che le prime stelle lampeggiassero in esistenza. I cosmologi sanno poco di questo periodo, ma hanno trovato risposte ad alcuni dei più grandi misteri della scienza che potrebbero essere limitati alle emissioni radio a onde lunghe prodotte dal gas che avrebbe riempito l’universo durante quel periodo.

Ha detto Joseph Lazio, radioastronomo al Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California e membro del team LCRT. “Con un radiotelescopio abbastanza grande più lontano dalla Terra, possiamo seguire i processi che porterebbero alla formazione delle prime stelle e forse anche trovare indizi sulla natura della materia oscura”.

Telescopio radiofonico del cratere lunare

La superficie della luna è ricoperta di crateri e una depressione naturale può fornire una struttura di supporto per una parabola del radiotelescopio. Come mostrato in questa illustrazione, i carrelli Doxel possono ancorare la rete metallica dal bordo del beccuccio. Credito: Vladimir Vostiansky

I radiotelescopi sulla Terra non possono esplorare questo periodo misterioso perché le onde radio a onde lunghe di quel periodo vengono riflesse da uno strato di ioni ed elettroni nella parte superiore della nostra atmosfera, una regione chiamata ionosfera. Le emissioni radio casuali della nostra rumorosa civiltà possono interferire anche con la radioastronomia, inondando i segnali più deboli.

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Ma sul lato più lontano della luna, non c’è atmosfera che rifletta questi segnali e la luna stessa impedirà le chiacchiere radio della Terra. Il lato più lontano della Luna potrebbe essere una droga primaria per studi senza precedenti sull’universo primordiale.

I radiotelescopi sulla Terra non possono vedere le onde radio cosmiche a circa 33 piedi [10 meters] Saptarchi Bandiupadhyay, Tecnologo della robotica presso Laboratorio di propulsione a getto E il principale investigatore del progetto LCRT. “Ma le idee precedenti per costruire un’antenna radio sulla luna erano complesse e ad alta intensità di risorse, quindi abbiamo dovuto inventare qualcosa di diverso”.

Costruire telescopi con i robot

Per essere sensibile alle lunghe lunghezze d’onda radio, l’LCRT deve essere massiccio. L’idea è di creare un’antenna larga più di mezzo miglio (1 km) in un cratere largo più di 2 miglia (3 km). I più grandi radiotelescopi a piastra singola sulla Terra, come il telescopio sferico da 500 metri (500 metri) con apertura di cinquecento metri (FAST) in Cina e il telescopio sferico largo 1.000 piedi (largo 305 metri) che è attualmente non operativo. L’Osservatorio di Arecibo a Puerto Rico è costruito all’interno di depressioni naturali simili a scodelle nel paesaggio per fornire una struttura di supporto.

Ugello a rete metallica Moon Dish

Un radiotelescopio concettuale può essere costruito da una parabola metallica all’interno del cratere. In questa illustrazione, il ricevitore può essere visto sospeso sopra una parabola tramite un sistema di cavi ancorati al bordo della volata. Credito: Vladimir Vostiansky

Questa categoria di radiotelescopi utilizza migliaia di pannelli riflettenti sospesi all’interno della depressione per fare in modo che l’intera superficie della parabola rifletta le onde radio. Il ricevitore si blocca quindi attraverso un sistema di cavi in ​​un punto focale sopra la parabola, ancorato da torri attorno al perimetro della parabola, per misurare le onde radio che rimbalzano sulla superficie curva sottostante. Ma nonostante le sue dimensioni e complessità, anche FAST non è sensibile alle lunghezze d’onda radio superiori a 14 piedi (4,3 metri).

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Bandiopadhyay, con il suo team di ingegneri, scienziati di robotica e scienziati del Jet Propulsion Laboratory, ha condensato questa classe di radiotelescopi nella sua forma più semplice. Il loro concetto elimina la necessità di trasportare materiali pesanti sulla luna e utilizza robot per automatizzare il processo di costruzione. Invece di utilizzare migliaia di pannelli riflettenti per focalizzare le onde radio in arrivo, l’LCRT sarà costruito da una sottile rete metallica al centro del foro. Un veicolo spaziale collegherà la rete e un lander separato depositerà rover DuAxel per costruire la parabola per diversi giorni o settimane.

DuAxel, un concetto automatizzato in fase di sviluppo in JPL, consiste in due veicoli da turismo uniassiali (chiamati Axel) che possono staccarsi l’uno dall’altro ma rimanere collegati tramite una fune. La metà fungerà da ancora sul bordo della fossa mentre le altre scenderanno per costruire l’edificio.

“DuAxel risolve molti dei problemi associati alla sospensione di un’antenna così grande all’interno di un cratere lunare”, ha detto Patrick McGarry, un tecnologo di robotica al JPL e membro del team di progetto LCRT e DuAxel. “Axel Rovers può penetrare nel cratere mentre è attaccato ai cavi, spremere i cavi e sollevare i cavi per sospendere l’antenna”.

Identifica le sfide

Per portare il progetto al livello successivo, useranno il finanziamento della seconda fase del NIAC per migliorare le capacità del telescopio e vari metodi di missione identificando le sfide lungo il percorso.

Una delle maggiori sfide che il team deve affrontare in questa fase è la progettazione della rete cablata. Per mantenere la forma della parabola e la spaziatura precisa tra i fili, la rete deve essere forte e flessibile, ma abbastanza leggera da poter essere spostata. La griglia deve anche essere in grado di resistere ai cambiamenti delle temperature selvagge sulla superficie della luna, a partire da meno 280 gradi Fahrenheit (Meno 173 gradi Centigrado) Fino a 260 ° F (127 ° C) – senza torsioni o guasti.

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Un’altra sfida è determinare se i composti Doxl debbano essere completamente automatizzati o coinvolgere un fattore umano nel processo decisionale. DuAxels build può anche essere integrato con altre tecnologie di costruzione? Ad esempio, il lancio di arpioni sulla superficie lunare potrebbe stabilizzare meglio la rete LCRT, richiedendo meno robot.

Inoltre, mentre il lato più lontano della luna è “radio silenzioso” al momento, ciò potrebbe cambiare in futuro. L’Agenzia spaziale cinese ha attualmente una missione per esplorare il lato più lontano della luna, dopotutto, e l’ulteriore sviluppo della superficie lunare potrebbe influenzare potenziali progetti di radioastronomia.

Nei prossimi due anni, il team LCRT lavorerà per identificare anche altre sfide e domande. In caso di successo, possono essere selezionati per un ulteriore sviluppo, un processo iterativo che ispira Bandyopadhyay.

“Lo sviluppo di questo concetto potrebbe portare ad alcune scoperte significative lungo la strada, in particolare per quanto riguarda le tecnologie di distribuzione e l’uso di robot per costruire strutture gigantesche al di fuori della Terra”, ha detto. “Sono orgoglioso di lavorare con questo team diversificato di esperti che ispirano il mondo a pensare alle grandi idee che possono fare scoperte rivoluzionarie sull’universo in cui viviamo”.

NIAC è finanziato dalla direzione della missione della tecnologia spaziale della NASA, che è responsabile dello sviluppo delle nuove tecnologie e capacità complete di cui l’agenzia ha bisogno.