Die NASA hat einige ziemlich fortschrittliche Konzepte im Kopf, wenn es um die nächste Generation von Weltraumteleskopen geht. Dazu gehören die Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), die kürzlich ins All geflogen ist, sowie die James Webb Weltraumteleskop (JWST) (geplanter Start im Jahr 2020) und die Weitfeld-Infrarot-Vermessungsteleskop (WFIRST), die sich noch in der Entwicklung befindet.
Darüber hinaus hat die NASA auch mehrere identifiziert vielversprechende Vorschläge als Teil seiner 2020 Dekadischer Überblick für Astrophysik . Aber das vielleicht ehrgeizigste Konzept ist eines, das ein Weltraumteleskop aus Modulen erfordert, die sich selbst zusammenbauen. Dieses Konzept wurde vor kurzem für die Phase-I-Entwicklung im Rahmen der 2018 NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)-Programm.
Das Team hinter diesem Konzept wird von Dmitri Savransky geleitet, einem Assistenzprofessor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der Cornell University. Zusammen mit 15 Kollegen aus den USA hat Savransky ein Konzept für ein ~30 Meter (100 Fuß) großes modulares Weltraumteleskop mit adaptiver Optik entwickelt. Der eigentliche Clou ist aber, dass es sich um einen Schwarm von Modulen handeln würde, die sich selbstständig zusammenbauen.
Im März. Am 23. wurden 16 Konzepte im Rahmen des NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)-Programms mit einer Phase-I-Auszeichnung ausgezeichnet. Bildnachweis: NASA
Prof. Savransky ist mit Weltraumteleskopen und der Jagd auf Exoplaneten bestens vertraut, da er bei der Integration und Erprobung der Gemini Planet Imager – ein Instrument auf dem Zwillings-Südteleskop in Chile. Er war auch an der Planung des Gemini Planet Imager Exoplanet Survey beteiligt, der einen Jupiter-ähnlichen Planeten entdeckt umkreiste 51 Eridani (51 Eridani b) im Jahr 2015.
Aber mit Blick in die Zukunft glaubt Prof. Savransky, dass die Selbstmontage der richtige Weg ist, um ein Superteleskop zu bauen. Wie er und sein Team beschrieben das Teleskop in ihrem Vorschlag:
„Die gesamte Struktur des Teleskops, einschließlich Primär- und Sekundärspiegel, Sekundärträgerstruktur und planarer Sonnenblende, wird aus einem einzigen, in Massenproduktion hergestellten Raumfahrzeugmodul aufgebaut. Jedes Modul wird aus einem sechseckigen Raumfahrzeug mit einem Durchmesser von ~1 m bestehen, das mit einer Kante-an-Kante-Aktivspiegelanordnung versehen ist.“
Diese Module würden unabhängig voneinander gestartet und dann mit ausfahrbaren Sonnensegeln zum Punkt Sonne-Erde L2 navigiert. Diese Segel werden dann zum Planar-Teleskop-Sonnenschutz, wenn die Module zusammenkommen und sich selbst montieren, ohne dass menschliche oder robotische Hilfe erforderlich ist. Dies mag zwar radikal fortschrittlich klingen, entspricht aber sicherlich dem, wonach die NIAC sucht.
„Das ist das NIAC-Programm“, sagte Dr. Savransky in letztes Interview mit der Cornell-Chronik. „Man stellt diese etwas verrückt klingenden Ideen vor, versucht dann aber, sie mit ein paar ersten Berechnungen zu untermauern, und dann ist es ein neunmonatiges Projekt, bei dem man versucht, Machbarkeitsfragen zu beantworten.“
Künstlerisches Konzept des Weltraumteleskops Large Ultraviolet/Optical/Infrared Surveyor (LUVOIR). Credits: NASA/GSFC
Im Rahmen der Phase-I-Auszeichnungen der NAIC 2018, die am 30. März bekannt gegeben wurden, erhielt das Team über einen Zeitraum von neun Monaten 125.000 US-Dollar für die Durchführung dieser Studien. Wenn diese erfolgreich sind, kann sich das Team um einen Phase-II-Preis bewerben. Wie Mason Peck, außerordentlicher Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik bei Cornell und ehemaliger Chief Technology Officer bei der NASA, sagte, ist Savransky mit seinem NIAC-Vorschlag auf dem richtigen Weg:
„Da autonome Raumschiffe immer häufiger werden und wir weiterhin die Art und Weise verbessern, wie wir sehr kleine Raumschiffe bauen, ist es sehr sinnvoll, Savranskys Frage zu stellen: Ist es möglich, ein Weltraumteleskop zu bauen, das weiter und besser sieht, wenn man nur verwendet? kostengünstige Kleinkomponenten, die sich im Orbit selbst zusammenbauen?“
Die Zielmission für dieses Konzept ist die Großes Ultraviolett-/Optik-/Infrarot-Vermessungsgerät (LUVOIR), ein Vorschlag, der derzeit im Rahmen des Decadal Survey 2020 der NASA untersucht wird. Als eines von zwei Konzepten, die vom Goddard Space Flight Center der NASA untersucht werden, erfordert dieses Missionskonzept ein Weltraumteleskop mit einem massiven segmentierten Hauptspiegel mit einem Durchmesser von etwa 15 Metern (49 Fuß).
Ähnlich wie beim JWST würde der Spiegel des LUVOIR aus verstellbaren Segmenten bestehen, die sich entfalten würden, sobald er im Weltraum eingesetzt wurde. Aktuatoren und Motoren würden diese Segmente aktiv anpassen und ausrichten, um den perfekten Fokus zu erzielen und Licht von schwachen und entfernten Objekten einzufangen. Das Hauptziel dieser Mission wäre es, neue Exoplaneten zu entdecken sowie Licht von bereits entdeckten zu analysieren, um ihre Atmosphären zu beurteilen.
Das Hubble-Weltraumteleskop auf der linken Seite hat einen 2,4-Meter-Spiegel und das James-Webb-Weltraumteleskop hat einen 6,5-Meter-Spiegel. LUVOIR, nicht gezeigt, wird sie beide mit einem massiven 15-Meter-Spiegel in den Schatten stellen. Bild: NASA
Wie Savransky und seine Kollegen in ihrem Vorschlag angegeben haben, stimmt ihr Konzept direkt mit den Prioritäten der NASA Technology Roadmaps in Science Instruments, Observatories, and Sensor Systems and Robotics and Autonomous Systems überein. Sie stellen auch fest, dass die Architektur ein glaubwürdiges Mittel ist, um ein riesiges Weltraumteleskop zu bauen, was für frühere Teleskopgenerationen wie nicht möglich wäreHubbleund das JWST.
„James Webb wird das größte astrophysikalische Observatorium, das wir je im Weltraum errichtet haben, und es ist unglaublich schwierig“, sagte er. „Wenn man den Maßstab auf 10 Meter oder 12 Meter oder möglicherweise sogar 30 Meter anhebt, scheint es fast unmöglich zu sein, sich vorzustellen, wie man diese Teleskope so bauen würde, wie wir sie gebaut haben.“
Nachdem das Team einen Phase-I-Preis erhalten hat, plant das Team, detaillierte Simulationen durchzuführen, wie die Module durch den Weltraum fliegen und sich miteinander treffen, um zu bestimmen, wie groß die Solarsegel sein müssen. Sie planen auch, eine Analyse der Spiegelbaugruppe durchzuführen, um zu bestätigen, dass die Module nach dem Zusammenbau die erforderliche Oberflächenfigur erreichen können.
Als Peck angegeben , wenn erfolgreich, könnte Dr. Savranskys Vorschlag ein Wendepunkt sein:
„Wenn Professor Savransky beweist, dass es möglich ist, aus winzigen Teilen ein großes Weltraumteleskop zu bauen, wird er die Art und Weise verändern, wie wir den Weltraum erkunden. Wir werden es uns leisten können, weiter und besser denn je zu sehen – vielleicht sogar auf die Oberfläche eines extrasolaren Planeten.“
Am 5. und 6. Juni wird die NASA außerdem ein NIAC-Orientierungstreffen in Washington D.C. durchführen, bei dem alle Gewinner der Phase I die Möglichkeit haben, sich zu treffen und ihre Ideen zu diskutieren. Andere Vorschläge, die eine Phase-I-Auszeichnung erhalten haben, sind: Gestaltwandelnde Roboter um Titan zu erkunden, leichte Antennensensoren um die Atmosphäre der Venus zu erkunden, Schwarmroboter mit Schlagflügeln um den Mars zu erkunden, eine neue Form von Strahlantrieb für interstellare Missionen (ähnlich wie Breakthrough Starshot), a dampfbetriebener Roboter für Ozeanwelten , und ein selbstreplizierender Lebensraum aus Pilz .
Sie können mehr über diese Konzepte sowie über die mit dem Phase-II-Preis ausgezeichneten Konzepte lesen. Hier .
Weiterlesen: Cornell Chronik , NASA
