Die NASA hat einige ziemlich fortschrittliche Konzepte im Auge, wenn es um die nächste Generation von Weltraumteleskopen geht. Dazu gehören die Transit-Exoplaneten-Vermessungssatellit (TESS), die vor kurzem ins All nahm, sowie die James Webb Weltraumteleskop (JWST) (Start im Jahr 2020 geplant) und die Weitfeld-Infrarot-Vermessungsteleskop (WFIRST), die sich noch in der Entwicklung befindet.
Darüber hinaus hat die NASA im Rahmen ihrer dekadischen Umfrage für Astrophysik 2020 mehrere vielversprechende Vorschläge ermittelt. Das vielleicht ehrgeizigste Konzept ist jedoch ein Weltraumteleskop, das aus Modulen besteht, die sich selbst zusammensetzen. Dieses Konzept wurde kürzlich für die Phase-I-Entwicklung im Rahmen des NIAC-Programms (NASA Innovative Advanced Concepts) 2018 ausgewählt.
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 modulares Weltraumteleskop mit adaptiver Optik von ~ 30 Metern (100 Fuß) entwickelt. Aber der wahre Kicker ist die Tatsache, dass es aus einem Schwarm von Modulen bestehen würde, die sich autonom zusammensetzen würden.
Prof. Savransky ist mit Weltraumteleskopen und Exoplanetenjagd bestens vertraut und hat bei der Integration und Erprobung des Gemini Planet Imager - eines Instruments am Gemini South Telescope in Chile - mitgewirkt. Er war auch an der Planung der Gemini Planet Imager Exoplanet Survey beteiligt, bei der 2015 ein Jupiter-ähnlicher Planet entdeckt wurde, der 51 Eridani (51 Eridani b) umkreist.
Mit Blick auf die Zukunft glaubt Prof. Savransky jedoch, dass Selbstorganisation der Weg ist, um ein Superteleskop zu schaffen. Wie er und sein Team das Teleskop in ihrem Vorschlag beschrieben haben:
„Die gesamte Struktur des Teleskops, einschließlich des Primär- und Sekundärspiegels, der Sekundärtragstruktur und des planaren Sonnenschutzes, wird aus einem einzigen, in Massenproduktion hergestellten Raumfahrzeugmodul aufgebaut. Jedes Modul wird aus einem sechseckigen Raumschiff mit einem Durchmesser von ~ 1 m bestehen, das mit einer aktiven Spiegelbaugruppe von Kante zu Kante gekrönt ist. “
Diese Module würden unabhängig voneinander gestartet und dann mit einsetzbaren Sonnensegeln zum Sun-Earth L2-Punkt navigiert. Diese Segel werden dann zum Sonnenschutz des planaren Teleskops, sobald die Module zusammenkommen und sich selbst zusammenbauen, ohne dass menschliche oder robotergestützte Hilfe erforderlich ist. Dies mag zwar radikal fortgeschritten klingen, entspricht aber sicherlich dem, wonach der NIAC sucht.
"Das ist das NIAC-Programm", sagte Dr. Savransky kürzlich im Interview mit der Cornell Chronicle. "Sie werfen diese etwas verrückt klingenden Ideen auf, versuchen dann aber, sie mit ein paar ersten Berechnungen zu untermauern, und dann ist es ein neunmonatiges Projekt, in dem Sie versuchen, Machbarkeitsfragen zu beantworten."
Im Rahmen der Phase-I-Auszeichnungen der NAIC für 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 für eine Phase-II-Auszeichnung bewerben. Wie Mason Peck, außerordentlicher Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik bei Cornell und ehemaliger Chief Technology Officer bei der NASA, feststellte, ist Savransky mit seinem NIAC-Vorschlag auf dem richtigen Weg:
„Da autonome Raumfahrzeuge immer häufiger eingesetzt werden und wir den Bau sehr kleiner Raumfahrzeuge weiter verbessern, ist es sehr sinnvoll, Savranskys Frage zu stellen: Ist es möglich, ein Weltraumteleskop zu bauen, das nur mit weiterem und besserem Blick sehen kann? preiswerte kleine Komponenten, die sich im Orbit selbst zusammensetzen? “
Die Zielmission für dieses Konzept ist der Large Ultraviolet / Optical / Infrared Surveyor (LUVOIR), ein Vorschlag, der derzeit im Rahmen der 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 Primärspiegel mit einem Durchmesser von etwa 15 Metern.
Ähnlich wie beim JWST würde der Spiegel von LUVOIR aus einstellbaren Segmenten bestehen, die sich entfalten würden, wenn er im Weltraum eingesetzt würde. 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 und Licht von denen zu analysieren, die bereits entdeckt wurden, um ihre Atmosphäre zu beurteilen.
Wie Savransky und seine Kollegen in ihrem Vorschlag angegeben haben, entspricht ihr Konzept direkt den Prioritäten der NASA-Technologie-Roadmaps für wissenschaftliche Instrumente, Observatorien sowie Sensorsysteme und Robotik und autonome Systeme. Sie geben auch an, dass die Architektur ein glaubwürdiges Mittel ist, um ein riesiges Weltraumteleskop zu bauen, was für frühere Generationen von Teleskopen wie nicht möglich wäre Hubble und die JWST.
"James Webb wird das größte astrophysikalische Observatorium sein, das wir jemals in den Weltraum gebracht haben, und es ist unglaublich schwierig", sagte er. "Wenn man also den Maßstab auf 10 oder 12 Meter oder möglicherweise sogar 30 Meter erhöht, kann man sich kaum vorstellen, wie man diese Teleskope so bauen würde, wie wir sie gebaut haben."
Nachdem das Team eine Phase-I-Auszeichnung erhalten hat, plant es detaillierte Simulationen, wie die Module durch den Weltraum fliegen und sich miteinander treffen würden, um festzustellen, wie groß die Sonnensegel sein müssen. Sie planen auch eine Analyse der Spiegelbaugruppe, um zu überprüfen, ob die Module nach dem Zusammenbau die erforderliche Oberflächenzahl erreichen können.
Wie Peck angedeutet hat, könnte Dr. Savranskys Vorschlag bei Erfolg ein Spielveränderer sein:
"Wenn Professor Savransky die Machbarkeit der Herstellung eines großen Weltraumteleskops aus winzigen Teilen beweist, wird er die Art und Weise ändern, wie wir den Weltraum erkunden." Wir können es uns leisten, weiter und besser als je zuvor zu sehen - vielleicht sogar bis zur Oberfläche eines extrasolaren Planeten. "
Am 5. und 6. Juni wird die NASA außerdem ein NIAC-Orientierungstreffen in Washington DC durchführen, bei dem alle Gewinner der Phase I Gelegenheit haben, sich zu treffen und ihre Ideen zu diskutieren. Weitere Vorschläge, die mit einer Phase-I-Auszeichnung ausgezeichnet wurden, sind Formwandelroboter zur Erkundung des Titan, leichte Luftsensoren zur Erkundung der Venusatmosphäre, Schlagschwarmroboter zur Erkundung des Mars, eine neue Form des Strahlantriebs für interstellare Missionen (ähnlich wie Breakthrough Starshot). , ein dampfbetriebener Roboter für Ozeanwelten und ein sich selbst replizierender Lebensraum aus Pilzen.
Weitere Informationen zu diesen Konzepten sowie zu den Konzepten, die mit der Phase II ausgezeichnet wurden, finden Sie hier.
