NASA heeft een aantal behoorlijk geavanceerde concepten in gedachten als het gaat om de volgende generatie ruimtetelescopen. Deze omvatten de Doorgaande Exoplanet Survey Satellite (TESS), die onlangs de ruimte in ging, evenals de James Webb Space Telescope (JWST) (gepland voor lancering in 2020) en de Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), die nog in ontwikkeling is.
Afgezien hiervan heeft NASA ook verschillende veelbelovende voorstellen geïdentificeerd als onderdeel van haar Decadal Survey for Astrophysics 2020. Maar misschien is het meest ambitieuze concept er een dat vraagt om een ruimtetelescoop die bestaat uit modules die zichzelf zouden assembleren. Dit concept is onlangs geselecteerd voor fase I-ontwikkeling als onderdeel van het NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) -programma van 2018.
Het team achter dit concept wordt geleid door Dmitri Savransky, een assistent-professor mechanische en ruimtevaarttechniek aan de Cornell University. Samen met 15 collega's uit de hele VS heeft Savransky een concept ontwikkeld voor een modulaire ruimtetelescoop van ~ 30 meter (100 voet) met adaptieve optiek. Maar de echte kicker is het feit dat het zou bestaan uit een zwerm modules die zichzelf autonoom zouden assembleren.
Prof. Savransky is goed thuis in ruimtetelescopen en exoplaneetjacht, en heeft geholpen bij de integratie en het testen van de Gemini Planet Imager - een instrument op de Gemini South Telescope in Chili. Hij nam ook deel aan de planning van de Gemini Planet Imager Exoplanet Survey, die in 2015 een Jupiter-achtige planeet ontdekte die in een baan rond 51 Eridani (51 Eridani b) cirkelde.
Maar kijkend naar de toekomst, gelooft prof. Savransky dat zelfassemblage de juiste keuze is om een supertelescoop te maken. Zoals hij en zijn team de telescoop in hun voorstel beschreven:
“De volledige constructie van de telescoop, inclusief de primaire en secundaire spiegels, de secundaire ondersteuningsconstructie en het vlakke zonnescherm, zal worden opgebouwd uit een enkele, in massa geproduceerde ruimtevaartuigmodule. Elke module zal bestaan uit een zeshoekig ruimtevaartuig met een diameter van ~ 1 m met daarop een actieve spiegel van rand tot rand. "
Deze modules zouden onafhankelijk worden gelanceerd en vervolgens met inzetbare zonnezeilen naar het Sun-Earth L2-punt navigeren. Deze zeilen zullen dan het zonnescherm van de vlakke telescoop worden zodra de modules samenkomen en zichzelf assembleren, zonder dat menselijke of robotondersteuning nodig is. Hoewel dit misschien radicaal geavanceerd klinkt, is het zeker in overeenstemming met wat de NIAC zoekt.
"Dat is wat het NIAC-programma is", zei Dr. Savransky in een recent interview met de Cornell Chronicle. "Je pikt deze ietwat gek klinkende ideeën, maar probeert ze vervolgens te ondersteunen met een paar eerste berekeningen, en dan is het een project van negen maanden waarin je probeert haalbaarheidsvragen te beantwoorden."
Als onderdeel van de NAIC Fase I-awards van 2018, die op 30 maart werden aangekondigd, ontving het team gedurende een periode van negen maanden $ 125.000 om deze onderzoeken uit te voeren. Als deze succesvol zijn, kan het team een Fase II-prijs aanvragen. Zoals Mason Peck, een universitair hoofddocent mechanische en ruimtevaarttechniek bij Cornell en de voormalige chief technology officer bij NASA, aangaf, is Savransky op de goede weg met zijn NIAC-voorstel:
“Naarmate autonoom ruimtevaartuigen steeds vaker voorkomen en naarmate we blijven verbeteren hoe we heel kleine ruimtevaartuigen bouwen, is het logisch om de vraag van Savransky te stellen: is het mogelijk om een ruimtetelescoop te bouwen die verder en beter kan kijken, met alleen goedkope kleine componenten die zichzelf in een baan om de aarde assembleren? '
De doelmissie voor dit concept is de Large Ultraviolet / Optical / Infrared Surveyor (LUVOIR), een voorstel dat momenteel wordt onderzocht als onderdeel van NASA's Decadal Survey 2020. Als een van de twee concepten die worden onderzocht door het Goddard Space Flight Center van NASA, vraagt dit missieconcept om een ruimtetelescoop met een enorme gesegmenteerde primaire spiegel met een diameter van ongeveer 15 meter (49 voet).
Net als de JWST zou de LUVOIR-spiegel bestaan uit verstelbare segmenten die zich zouden ontvouwen zodra deze in de ruimte zou worden ingezet. Actuatoren en motoren zouden deze segmenten actief aanpassen en uitlijnen om de perfecte focus te bereiken en licht van zwakke en verre objecten op te vangen. Het belangrijkste doel van deze missie zou zijn om nieuwe exoplaneten te ontdekken en licht van reeds ontdekte planeten te analyseren om hun atmosfeer te beoordelen.
Zoals Savransky en zijn collega's in hun voorstel aangaf, is hun concept direct in overeenstemming met de prioriteiten van de NASA Technology Roadmaps in Science Instruments, Observatories en Sensor Systems and Robotics and Autonomous Systems. Ze stellen ook dat de architectuur een geloofwaardig middel is om een gigantische ruimtetelescoop te bouwen, wat niet mogelijk zou zijn voor eerdere generaties telescopen zoals Hubble en de JWST.
"James Webb wordt het grootste astrofysische observatorium dat we ooit in de ruimte hebben geplaatst, en het is ongelooflijk moeilijk", zei hij. "Dus op schaal, tot 10 meter of 12 meter of potentieel zelfs 30 meter, lijkt het bijna onmogelijk om voor te stellen hoe je die telescopen zou bouwen op dezelfde manier als wij ze hebben gebouwd."
Nadat het team een Phase I-onderscheiding heeft gekregen, is het van plan om gedetailleerde simulaties uit te voeren over hoe de modules door de ruimte zouden vliegen en elkaar zouden ontmoeten om te bepalen hoe groot de zonnezeilen moeten zijn. Ze zijn ook van plan om een analyse van het spiegelsamenstel uit te voeren om te valideren dat de modules na montage het vereiste oppervlaktecijfer kunnen bereiken.
Zoals Peck aangaf, zou het voorstel van Dr. Savransky, indien succesvol, een game changer kunnen zijn:
"Als professor Savransky de haalbaarheid bewijst van het maken van een grote ruimtetelescoop uit kleine stukjes, verandert hij hoe we de ruimte verkennen. We kunnen het ons veroorloven om verder te kijken, en beter dan ooit - misschien zelfs naar de oppervlakte van een exoplaneet. '
Op 5 en 6 juni zal NASA ook een NIAC Orientation Meeting houden in Washington D.C., waar alle Fase I-winnaars de kans krijgen om hun ideeën te ontmoeten en te bespreken. Andere voorstellen die een Phase I-prijs ontvingen, zijn onder meer vormveranderende robots voor het verkennen van Titan, lichtgewicht luchtsensoren om de atmosfeer van Venus te verkennen, flapperende vleugelzwermrobots om Mars te verkennen, een nieuwe vorm van straalaandrijving voor interstellaire missies (vergelijkbaar met Breakthrough Starshot) , een stoomaangedreven robot voor oceaanwerelden en een zichzelf replicerende habitat gemaakt van schimmel.
U kunt hier meer lezen over deze concepten en over de concepten die fase II hebben gewonnen.
