Illuminer les âges cosmiques sombres

Cette illustration représente un télescope conceptuel du cratère lunaire de l’autre côté de la lune. Le concept de stade précoce est étudié dans le cadre d’une subvention du programme Innovative Advanced Concepts de la NASA, mais n’est pas une mission de la NASA. Crédits: Vladimir Vostiansky

Stade précoce NASA Le concept pourrait voir des robots épingler un treillis métallique dans un cratère de l’autre côté de la lune, créant un radiotélescope pour aider à explorer l’aube de l’univers.

Après des années de développement, le projet Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) a reçu 500 000 $ pour soutenir les heures supplémentaires alors qu’il entre dans la deuxième phase du programme Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA. Bien qu’il ne s’agisse pas encore d’une mission de la NASA, le LCRT décrit un concept de mission qui pourrait changer la vision de l’humanité de l’univers.

L’objectif principal du LCRT sera de mesurer les ondes radio à ondes longues produites par les âges sombres cosmiques – une période qui a duré quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, Mais avant que les premières étoiles apparaissent. Les cosmologistes en savent peu sur cette période, mais ils ont trouvé des réponses à certains des plus grands mystères de la science qui peuvent être confinés aux émissions radio à ondes longues produites par le gaz qui aurait rempli l’univers pendant cette période.

A déclaré Joseph Lazio, radio-astronome au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud et membre de l’équipe LCRT. « Avec un radiotélescope assez grand de la Terre, nous pouvons suivre les processus qui conduiraient à la formation des premières étoiles, et peut-être même trouver des indices sur la nature de la matière noire. »

La surface de la lune est couverte de cratères et une dépression naturelle peut fournir une structure de support pour une parabole de radiotélescope. Comme le montre cette illustration, les chariots Doxel peuvent ancrer le treillis métallique à partir du bord du bec. Crédits: Vladimir Vostiansky

Les radiotélescopes sur Terre ne peuvent pas explorer cette période mystérieuse car les ondes radio à ondes longues de cette époque sont réfléchies par une couche d’ions et d’électrons dans la partie supérieure de notre atmosphère, une région appelée ionosphère. Les émissions radio aléatoires de notre civilisation bruyante peuvent également interférer avec la radioastronomie, inondant les signaux les plus faibles.

Mais de l’autre côté de la lune, il n’y a pas d’atmosphère qui reflète ces signaux, et la lune elle-même empêchera le bavardage radio de la Terre. La face cachée de la Lune pourrait être un médicament de choix pour des études sans précédent sur l’univers primitif.

Les radiotélescopes sur Terre ne peuvent pas voir les ondes radio cosmiques à environ 33 pieds [10 meters] Saptarchi Bandiupadhyay, technologue en robotique à Laboratoire de propulsion à réaction Et chercheur principal sur le projet LCRT. « Mais les idées précédentes pour construire une antenne radio sur la lune étaient gourmandes en ressources et compliquées, nous avons donc dû inventer quelque chose de différent. »

Construire des télescopes avec des robots

Pour être sensible aux longues longueurs d’onde radio, le LCRT doit être massif. L’idée est de créer une antenne de plus d’un demi-mile (1 km) de large dans un cratère de plus de 2 miles (3 km) de large. Les plus grands radiotélescopes à plaque unique sur Terre – tels que le télescope sphérique (FAST) d’ouverture de 500 mètres (1600 pieds) de cinq cents mètres en Chine et le télescope sphérique de 1000 pieds de large (305 mètres de large) qui est pas actuellement opérationnel. L’observatoire d’Arecibo à Porto Rico est construit – dans des dépressions naturelles en forme de bol dans le paysage pour fournir une structure de support.

Un radiotélescope conceptuel peut être construit à partir d’une antenne métallique à l’intérieur du cratère. Sur cette illustration, le récepteur peut être vu suspendu au-dessus d’une parabole via un système de câbles ancrés au bord de la bouche. Crédits: Vladimir Vostiansky

Cette catégorie de radiotélescope utilise des milliers de panneaux réfléchissants suspendus à l’intérieur de la dépression pour que toute la surface de l’antenne réfléchisse les ondes radio. Le récepteur est ensuite suspendu à travers un système de câbles à un point focal au-dessus de l’antenne, ancré par des tours autour du périmètre de l’antenne, pour mesurer les ondes radio qui rebondissent sur la surface incurvée ci-dessous. Mais malgré sa taille et sa complexité, même FAST n’est pas sensible aux longueurs d’onde radio supérieures à 4,3 mètres.

Bandiopadhyay, avec son équipe d’ingénieurs, de scientifiques en robotique et de scientifiques du Jet Propulsion Laboratory, a condensé cette classe de radiotélescopes dans sa forme la plus simple. Leur concept élimine le besoin de transporter des matériaux lourds vers la lune et utilise des robots pour automatiser le processus de construction. Au lieu d’utiliser des milliers de panneaux réfléchissants pour focaliser les ondes radio entrantes, le LCRT sera construit à partir d’un mince treillis métallique au centre du trou. Un vaisseau spatial connectera la grille et un atterrisseur séparé déposera des rovers DuAxel pour construire l’antenne sur plusieurs jours ou semaines.

DuAxel, un concept automatisé en cours de développement au JPL, se compose de deux véhicules de tourisme uniaxiaux (appelés Axel) qui peuvent se séparer l’un de l’autre mais rester connectés via une corde. La moitié servira d’ancre au bord de la fosse pendant que les autres descendront pour faire le bâtiment.

«DuAxel résout de nombreux problèmes associés à la suspension d’une antenne aussi grande à l’intérieur d’un cratère lunaire», a déclaré Patrick McGarry, technologue en robotique au JPL et membre de l’équipe du projet LCRT et DuAxel. « Les Axel Rovers peuvent pénétrer dans le cratère lorsqu’ils sont attachés aux fils, serrer les fils et soulever les fils pour suspendre l’antenne. »

Identifier les défis

Pour faire passer le projet au niveau supérieur, ils utiliseront le financement de deuxième étape du CANI pour améliorer les capacités du télescope et diverses méthodes de mission tout en identifiant les défis en cours de route.

L’un des plus grands défis auxquels l’équipe est confrontée au cours de cette phase est la conception du réseau filaire. Pour maintenir la forme de la parabole et un espacement précis entre les fils, le treillis doit être solide et flexible, mais suffisamment léger pour être déplacé. La grille doit également être capable de résister aux changements de températures sauvages à la surface de la lune – à partir de moins 280 degrés Fahrenheit (Moins 173 degrés ° C) Jusqu’à 260 ° F (127 ° C) – sans torsion ni défaillance.

Un autre défi consiste à déterminer si les composés Doxl doivent être entièrement automatisés ou impliquer un facteur humain dans le processus de prise de décision. DuAxels build peut-il également être complété par d’autres technologies de construction? Par exemple, lancer des harpons sur la surface de la lune pourrait mieux stabiliser le réseau LCRT, nécessitant moins de robots.

De plus, alors que la face cachée de la lune est « radio silencieuse » pour le moment, cela peut changer dans le futur. L’Agence spatiale chinoise a actuellement pour mission d’explorer la face cachée de la lune, après tout, et le développement ultérieur de la surface de la lune pourrait influencer d’éventuels projets de radioastronomie.

Au cours des deux prochaines années, l’équipe du LCRT travaillera également à l’identification d’autres défis et questions. En cas de succès, ils peuvent être sélectionnés pour un développement ultérieur, un processus itératif qui inspire Bandyopadhyay.

«Le développement de ce concept pourrait entraîner des avancées significatives en cours de route, notamment en ce qui concerne les technologies de déploiement et l’utilisation de robots pour construire des structures gigantesques en dehors de la Terre», a-t-il déclaré. « Je suis fier de travailler avec cette équipe diversifiée d’experts qui incitent le monde à réfléchir aux grandes idées qui peuvent faire des découvertes révolutionnaires sur l’univers dans lequel nous vivons. »

Le CANI est financé par la Direction des missions de technologie spatiale de la NASA, qui est chargée de développer les nouvelles technologies et capacités complètes dont l’agence a besoin.