NASA har några ganska avancerade koncept i åtanke när det gäller nästa generation rymdteleskop. Dessa inkluderar Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), som nyligen tog ut till rymden, liksom James Webb rymdteleskop (JWST) (planerad att lanseras 2020) och Infrarött undersökningsteleskop med bred fält (WFIRST), som fortfarande är under utveckling.
Utöver dessa har NASA också identifierat flera lovande förslag som en del av sin Decadal Survey för astrofysik 2020. Men det kanske mest ambitiösa konceptet är ett som kräver ett rymdteleskop bestående av moduler som skulle montera sig själva. Detta koncept valdes nyligen för fas I-utveckling som en del av NIAC-programmet 2018 (NASA Innovative Advanced Concepts).
Teamet bakom detta koncept leds av Dmitri Savransky, biträdande professor i maskin- och rymdteknik vid Cornell University. Tillsammans med 15 kollegor från hela USA har Savransky producerat ett koncept för ett ~ 30 meter (100 fot) modulärt rymdteleskop med adaptiv optik. Men den riktiga kickaren är det faktum att det skulle bestå av en svärm av moduler som skulle montera sig själv autonomt.
Professor Savransky är välbevandrad inom rymdteleskop och exoplanetjakt, efter att ha hjälpt till att integrera och testa Gemini Planet Imager - ett instrument på Gemini South Telescope i Chile. Han deltog också i planeringen av Gemini Planet Imager Exoplanet Survey, som upptäckte en Jupiter-liknande planet som kretsade kring 51 Eridani (51 Eridani b) 2015.
Men med tanke på framtiden tror prof. Savransky att självmontering är vägen att gå för att skapa ett superteleskop. När han och hans team beskrev teleskopet i sitt förslag:
”Teleskopets hela struktur, inklusive primära och sekundära speglar, sekundär stödstruktur och plan solskydd kommer att konstrueras av en enda, massproducerad rymdfarkostmodul. Varje modul kommer att bestå av ett hexagonalt rymdfarkoster med en diameter på 1 m toppad med en aktiv spegelanordning från kant till kant. ”
Dessa moduler lanseras oberoende och navigerar sedan till Sun-Earth L2-punkten med användning av solbara segel. Dessa segel blir sedan det plana teleskopets solskydd när modulerna samlas och monteras själva, utan behov av mänsklig eller robotisk hjälp. Även om detta kan låta radikalt avancerat, är det verkligen i linje med vad NIAC letar efter.
"Det är vad NIAC-programmet är," sade Dr. Savransky i en ny intervju med Cornell Chronicle. "Du presenterar dessa något galna klingande idéer, men försök sedan att säkerhetskopiera dem med några initiala beräkningar, och sedan är det ett niomånadersprojekt där du försöker svara på genomförbarhetsfrågor."
Som en del av NAICs fas I-priser 2018, som tillkännagavs den 30 mars, tilldelades teamet $ 125 000 under en niomånadersperiod för att genomföra dessa studier. Om dessa lyckas kommer teamet att kunna ansöka om en fas II-utmärkelsen. Som Mason Peck, en docent i maskinteknik och flyg- och rymdteknik vid Cornell och den tidigare teknikchef vid NASA, indikerade, är Savransky på rätt väg med sitt NIAC-förslag:
”När autonomt rymdskepp blir vanligare och när vi fortsätter att förbättra hur vi bygger väldigt små rymdfarkoster, är det mycket meningsfullt att ställa Savranskys fråga: Är det möjligt att bygga ett rymdteleskop som kan se längre och bättre, med bara användning billiga små komponenter som själva monteras i omloppsbana? ”
Målet för detta koncept är Large Ultraviolet / Optical / Infrared Surveyor (LUVOIR), ett förslag som för närvarande undersöks som en del av NASA: s 2020 Decadal Survey. Som ett av två koncept som undersöks av NASA: s Goddard Space Flight Center kräver detta uppdragskoncept ett rymdteleskop med en massiv segmenterad primärspegel som mäter ungefär 15 meter (49 fot) i diameter.
Precis som JWST, skulle LUVOIRs spegel bestå av justerbara segment som skulle utvecklas när den distribuerats till rymden. Ställdon och motorer skulle aktivt justera och anpassa dessa segment för att uppnå perfekt fokus och fånga ljus från svaga och avlägsna föremål. Det primära syftet med detta uppdrag skulle vara att upptäcka nya exoplaneter samt analysera ljus från de som redan har upptäckts för att bedöma deras atmosfärer.
Som Savransky och hans kollegor angav i sitt förslag är deras koncept direkt i linje med prioriteringarna i NASA Technology Roadmaps i Science Instruments, Observatories, och Sensorsystem och Robotics and Autonomous Systems. De säger också att arkitekturen är ett trovärdigt sätt att konstruera ett gigantiskt rymdteleskop, vilket inte skulle vara möjligt för tidigare generationer av teleskop som Hubble och JWST.
"James Webb kommer att bli det största astrofysiska observatoriumet vi någonsin har lagt ut i rymden, och det är oerhört svårt," sade han. "Så att gå upp i skala, till 10 meter eller 12 meter eller potentiellt till och med 30 meter, verkar det nästan omöjligt att föreställa sig hur du skulle bygga de teleskopna på samma sätt som vi har byggt dem."
Efter att ha fått en fas I-pris planerar teamet att genomföra detaljerade simuleringar av hur modulerna skulle flyga genom rymden och delta i varandra för att bestämma hur stora solseglen behöver vara. De planerar också att göra en analys av spegelmonteringen för att bekräfta att modulerna kan uppnå den erforderliga ytfiguren när de har monterats.
Som Peck antydde kan Dr. Savranskys förslag vara en spelväxlare om det lyckas:
”Om professor Savransky bevisar genomförbarheten av att skapa ett stort rymdteleskop av små bitar, kommer han att förändra hur vi utforskar rymden. Vi har råd att se längre och bättre än någonsin - kanske till och med ytan på en extrasolar planet. "
Den 5 och 6 juni kommer NASA också att genomföra ett NIAC-orienteringsmöte i Washington D.C., där alla fas I-vinnare har en chans att träffas och diskutera sina idéer. Andra förslag som fick en fas I-pris inkluderar formförskjutande robotar för att utforska Titan, lättvikta luftkännare för att utforska Venus 'atmosfär, flappsvängande svärmrobotar för att utforska Mars, en ny form av stråldrivning för interstellära uppdrag (liknande Breakthrough Starshot) , en ångdriven robot för havsvärldar och en självreplikerande livsmiljö tillverkad av svamp.
Du kan läsa mer om dessa koncept, liksom de som fick Fas II-utmärkelsen, här.
