Esta ilustración muestra el concepto de radiotelescopio del cráter lunar en el lado lejano de la luna. Crédito: Vladimir Vustyansky
Después de años de desarrollo, el proyecto Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) ha recibido $ 500,000 para apoyar el trabajo adicional que está ingresando a la Fase II del programa de Conceptos Avanzados Innovadores de la NASA (NIAC). Si bien LCRT aún no es una misión de la NASA, describe un concepto de misión que puede cambiar la visión del espacio de la humanidad.
El objetivo principal del LCRT sería medir las largas ondas de radio generadas por las edades oscuras cósmicas, un período que duró varios cientos de millones de años después del Big Bang pero antes de que existieran las primeras estrellas. Los cosmólogos saben poco sobre este período, pero las respuestas a algunos de los mayores misterios de la ciencia pueden estar atrapadas en las emisiones de radio de onda larga generadas por el gas que llenaría el universo en ese momento.
“Aunque no había estrellas, había abundancia de hidrógeno en las edades oscuras del universo, hidrógeno que eventualmente serviría como materia prima para las primeras estrellas”, dijo Joseph Lazio, radioastrónomo del Laboratorio de Propulsión a Chorro del Sur de California de la NASA y miembro del equipo LCRT. “Con un radiotelescopio lo suficientemente grande más allá de la Tierra, podríamos rastrear los procesos que habrían producido las primeras estrellas, y tal vez incluso encontrar pistas sobre la naturaleza de la materia oscura”.
Los radiotelescopios de la Tierra no pueden estudiar 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, en una región llamada ionosfera. Las emisiones de radio aleatorias de nuestra ruidosa civilización también pueden perturbar la radioastronomía al bloquear las señales más débiles.
Pero no hay atmósfera en el otro lado de la Luna que refleje estas señales, y la Luna misma bloquearía las llamadas de radio de la Tierra. La parte distante de la luna puede ser el mejor lugar para realizar una investigación sin precedentes en el universo temprano.
En esta ilustración, el receptor se puede ver suspendido sobre el dosel mediante un sistema de cables anclados en el borde del cráter. Crédito: Vladimir Vustyansky
“Los radiotelescopios de la Tierra no pueden ver las ondas de radio cósmicas a unos 10 metros de distancia [10 meters] o más debido a nuestra ionosfera, por lo que hay una región completa del universo que simplemente no podemos ver “, dijo Saptarshi Bandyopadhyay, tecnólogo en robótica de JPL e investigador principal del proyecto LCRT. complicado, por lo que nos vimos obligados a plantear con algo más “.
Construyendo telescopios con robots
Para ser sensible a las ondas de radio largas, el LCRT tendría que ser enorme. La idea es crear una antena de más de media milla (1 kilómetro) de ancho en un cráter de más de 2 millas (3 kilómetros) de ancho. Los radiotelescopios de placa única más grandes de la Tierra, como el Telescopio de Apertura Esférica (FAST) de 500 metros (500 metros) en China y el Observatorio de Arecibo de 1.000 pies (305 metros de ancho) actualmente no operativo en Puerto Rico. se construyeron en depresiones naturales que se asemejan a cuencos en el paisaje para proporcionar una estructura de soporte.
Esta clase de radiotelescopios utiliza miles de paneles reflectantes suspendidos en una cavidad para hacer que toda la superficie de la antena se refleje en las ondas de radio. Luego, el receptor cuelga de un sistema de cable en un punto central sobre la antena, anclado con torres alrededor de la circunferencia de la antena, para medir las ondas de radio que se reflejan en la superficie curva debajo. Sin embargo, a pesar de su tamaño y complejidad, incluso FAST no es sensible a ondas de radio de más de 4,3 metros (14 pies).
Junto con su equipo de ingenieros, robots y científicos del JPL, Bandyopadhyay condensó esta clase de radiotelescopios en su forma más básica. Su concepto elimina la necesidad de transportar material demasiado pesado a la luna y utiliza robots para automatizar el proceso de construcción. En lugar de utilizar miles de paneles reflectantes para enfocar las ondas de radio entrantes, el LCRT estaría hecho de una fina malla de alambre en el centro del cráter. Una nave espacial proporcionaría la malla y un módulo de aterrizaje separado depositaría los rovers DuAxel para construir la antena en cuestión de días o semanas.
Como se muestra en esta ilustración, los rovers DuAxel pueden anclar una malla de alambre en el borde de un cráter. Crédito: Vladimir Vustyansky
DuAxel, un concepto de robot en desarrollo en JPL, consta de dos rovers uniaxiales (llamados Axel) que pueden separarse entre sí pero permanecer conectados por un cable. La mitad actuaría como ancla en el borde del cráter, mientras que la otra mitad bajaría para hacer la construcción.
“DuAxel resuelve muchos de los problemas de colgar una antena tan grande en un cráter lunar”, dijo Patrick Mcgarey, también tecnólogo en robótica de JPL y miembro del equipo del proyecto LCRT y DuAxel. “Los rovers Axel individuales pueden entrar en un cráter anclado, conectarse a cables y apretarlos y levantarlos para colgar la antena”.
Identificación de desafíos
Para que el equipo lleve el proyecto al siguiente nivel, utilizará los fondos de la Fase II del NIAC para refinar las capacidades del telescopio y los diferentes enfoques de la misión, al tiempo que identifica desafíos en el camino.
Uno de los mayores desafíos del equipo en esta etapa es el diseño de la malla de alambre. Para mantener la forma parabólica y el espaciado preciso de los cables, la malla debe ser fuerte y flexible, pero lo suficientemente liviana para ser transportada. La malla también debe ser capaz de soportar cambios bruscos de temperatura en la superficie de la Luna, desde menos 280 grados Fahrenheit (menos 173 grados Celsius) hasta 260 grados Fahrenheit (127 grados Celsius), sin deformarse ni estrellarse.
Otro desafío es determinar si los rovers DuAxel deben estar completamente automatizados o involucrar a los humanos en el proceso de toma de decisiones. ¿Se puede complementar la construcción de DuAxels con otras técnicas de construcción? Por ejemplo, lanzar un arpón a la superficie lunar podría anclar mejor la malla LCRT, requiriendo menos robots.
Además, mientras que el lado lunar distante está temporalmente “tranquilo”, puede cambiar en el futuro. Después de todo, la agencia espacial china se encuentra actualmente en una misión para explorar una parte distante de la luna, y un mayor desarrollo de la superficie lunar podría afectar a posibles proyectos de radioastronomía.
Durante los próximos dos años, el equipo de LCRT trabajará para identificar otros desafíos y preguntas. Si tienen éxito, pueden seleccionarse para un mayor desarrollo, un proceso iterativo que inspira a Bandyopadhyay.
“El desarrollo de este concepto podría traer algunos avances importantes en el camino, especialmente en la tecnología de despliegue y uso de robots para construir estructuras gigantes más allá de la Tierra”, dijo. “Estoy orgulloso de trabajar con este equipo diverso de expertos que inspiran al mundo a proponer grandes ideas que pueden conducir a descubrimientos revolucionarios sobre el universo en el que vivimos”.
Proporcionado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro