Iluminando las oscuras edades cósmicas

Esta ilustración muestra un telescopio conceptual del cráter lunar en el lado opuesto de la luna. El concepto de etapa inicial se está estudiando con una subvención del Programa de Conceptos Avanzados Innovadores de la NASA, pero no es una asignación de la NASA. Crédito: Vladimir Vostiansky

Etapa temprana NASA El concepto podría ver a los robots colocar una malla de alambre en un cráter en el lado lejano de la luna, creando un radiotelescopio para ayudar a explorar los albores del universo.

Después de años de desarrollo, el proyecto Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) recibió $ 500,000 para apoyar las horas extraordinarias al ingresar a la segunda fase del programa Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA. Aunque todavía no es una misión de la NASA, LCRT describe un concepto de misión que podría cambiar la visión que tiene la humanidad del universo.

El objetivo principal de LCRT será medir las ondas de radio de onda larga producidas por las edades oscuras cósmicas, un período que duró unos cientos de millones de años después. la gran explosión, Pero antes de que aparecieran las primeras estrellas. Los cosmólogos saben poco sobre este período, pero han encontrado respuestas a algunos de los mayores misterios de la ciencia que pueden estar confinados a las emisiones de radio de onda larga producidas por el gas que habría llenado el universo durante ese período.

Dijo Joseph Lazio, radioastrónomo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California y miembro del equipo LCRT. “Con un radiotelescopio lo suficientemente grande más lejos de la Tierra, podemos rastrear los procesos que conducirían a la formación de las primeras estrellas, y tal vez incluso encontrar pistas sobre la naturaleza de la materia oscura”.

La superficie de la luna está cubierta de cráteres y una depresión natural puede proporcionar una estructura de soporte para una antena parabólica de radio. Como se muestra en esta ilustración, los carros Doxel pueden anclar la malla de alambre desde el borde del pico. Crédito: Vladimir Vostiansky

Los radiotelescopios de la Tierra no pueden explorar este misterioso período porque las ondas de radio de onda larga de esa época son reflejadas por una capa de iones y electrones en la parte superior de nuestra atmósfera, una región llamada ionosfera. Las emisiones de radio aleatorias de nuestra ruidosa civilización también pueden interferir con la radioastronomía, inundando las señales más débiles.

Pero en el otro lado de la luna, no hay atmósfera que refleje estas señales, y la luna misma evitará el parloteo de radio de la Tierra. La cara oculta de la Luna podría ser una de las principales drogas para estudios sin precedentes del universo temprano.

Los radiotelescopios de la Tierra no pueden ver las ondas de radio cósmicas a unos 33 pies [10 meters] Saptarchi Bandiupadhyay, tecnólogo en robótica en Laboratorio de propulsión a chorro E Investigador Principal del Proyecto LCRT. “Pero las ideas anteriores para construir una antena de radio en la Luna requerían muchos recursos y eran complicadas, así que tuvimos que inventar algo diferente”.

Construyendo telescopios con robots

Para ser sensible a las longitudes de onda de radio largas, el LCRT tiene que ser masivo. La idea es crear una antena de más de media milla (1 km) de ancho en un cráter de más de 2 millas (3 km) de ancho. Los radiotelescopios de placa única más grandes de la Tierra, como el telescopio esférico de 500 metros de apertura (FAST) de 500 metros en China y el telescopio esférico de 300 metros de ancho (305 metros de ancho) que es actualmente no está operativo. El Observatorio de Arecibo en Puerto Rico está construido, dentro de depresiones naturales en forma de cuenco en el paisaje para proporcionar una estructura de soporte.

Se puede construir un radiotelescopio conceptual a partir de un plato de alambre dentro del cráter. En esta ilustración, el receptor se puede ver suspendido sobre un plato a través de un sistema de cables anclados en el borde de la boca. Crédito: Vladimir Vostiansky

Esta categoría de radiotelescopio utiliza miles de paneles reflectantes suspendidos dentro de la depresión para hacer que toda la superficie del plato refleje las ondas de radio. El receptor luego cuelga a través de un sistema de cables en un punto focal sobre el plato, anclado por torres alrededor del perímetro del plato, para medir las ondas de radio que rebotan en la superficie curva debajo. Pero a pesar de su tamaño y complejidad, incluso FAST no es sensible a longitudes de onda de radio superiores a 14 pies (4,3 metros).

Bandiopadhyay, con su equipo de ingenieros, científicos robóticos y científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro, ha condensado esta clase de radiotelescopios en su forma más simple. Su concepto elimina la necesidad de transportar materiales pesados ​​a la luna y utiliza robots para automatizar el proceso de construcción. En lugar de usar miles de paneles reflectantes para enfocar las ondas de radio entrantes, el LCRT se construirá a partir de una malla de alambre delgada en el centro del agujero. Una nave espacial conectará la red y un módulo de aterrizaje separado depositará los rovers DuAxel para construir el plato durante varios días o semanas.

DuAxel, un concepto automatizado que se está desarrollando en JPL, consta de dos vehículos de turismo uniaxiales (llamados Axel) que pueden separarse entre sí pero permanecer conectados mediante una cuerda. La mitad actuará como un ancla en el borde del pozo mientras los demás descienden para hacer la construcción.

“DuAxel resuelve muchos de los problemas asociados con la suspensión de una antena tan grande dentro de un cráter lunar”, dijo Patrick McGarry, técnico en robótica de JPL y miembro del equipo del proyecto LCRT y DuAxel. “Axel Rovers puede penetrar en el cráter mientras está conectado a los cables, apretar los cables y levantar los cables para suspender la antena”.

Identificar desafíos

Para llevar el proyecto al siguiente nivel, utilizarán los fondos de la segunda etapa del NIAC para mejorar las capacidades del telescopio y varios métodos de misión mientras identifican desafíos en el camino.

Uno de los mayores desafíos que enfrenta el equipo durante esta fase es el diseño de la red cableada. Para mantener la forma de la parábola y el espaciado preciso entre los alambres, la malla debe ser fuerte y flexible, pero lo suficientemente liviana para moverse. La cuadrícula también debe poder soportar cambios en las temperaturas salvajes en la superficie de la luna, comenzando en menos 280 grados. Fahrenheit (Menos 173 grados Celsius) Hasta 260 ° F (127 ° C) – sin torcerse ni fallar.

Otro desafío es determinar si los compuestos Doxl deben estar completamente automatizados o involucrar un factor humano en el proceso de toma de decisiones. ¿Se puede complementar la construcción de DuAxels con otras tecnologías de construcción? Por ejemplo, lanzar arpones en la superficie de la luna podría estabilizar mejor la red LCRT, requiriendo menos robots.

Además, aunque el lado lejano de la luna está “radio silencioso” en este momento, eso puede cambiar en el futuro. La Agencia Espacial China tiene actualmente la misión de explorar la cara oculta de la luna, después de todo, y el mayor desarrollo de la superficie de la luna podría influir en posibles proyectos de radioastronomía.

Durante los próximos dos años, el equipo de LCRT trabajará en la identificación de otros desafíos y preguntas también. Si tienen éxito, pueden seleccionarse para un mayor desarrollo, un proceso iterativo que inspira a Bandyopadhyay.

“El desarrollo de este concepto podría resultar en algunos avances significativos en el camino, particularmente con respecto a las tecnologías de implementación y el uso de robots para construir estructuras gigantes fuera de la Tierra”, dijo. “Estoy orgulloso de trabajar con este equipo diverso de expertos que inspiran al mundo a pensar en las grandes ideas que pueden hacer descubrimientos revolucionarios sobre el universo en el que vivimos”.

El NIAC está financiado por la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA, que es responsable de desarrollar las nuevas tecnologías y capacidades integrales que necesita la agencia.