|
НАСА планирует построить Обсерваторию обитаемых миров
|
|
|
|
Мы уже некоторое время освещаем путь Обсерватории обитаемых миров. За последние несколько лет она прошла путь от предложения до относительно детального плана того, как и что должна делать следующая Великая Обсерватория — в данном случае, изучать и характеризовать потенциально обитаемые экзопланеты.
|
|
|
|
В августе 2024 года НАСА создало Управление по разработке технологий Обсерватории обитаемых миров (TMPO) для координации технологического и научного развития, необходимого для успешной реализации миссии. Недавно они опубликовали всеобъемлющий план первых шагов этого процесса на сервере препринтов arXiv, и в нем очень четко указано, что должно произойти до обзора концепции миссии (MCR) в конце десятилетия.
|
|
|
|
НАСА известно использованием уровней готовности технологий (TRL), и TMPO структурировало свой отчет таким образом, чтобы к обзору концепции миссии (MCR) три «направления» достигли уровня TRL 5. Это эквивалентно проверке технологии «в соответствующих условиях», что станет понятнее после объяснения того, что представляют собой эти технологии на самом деле.
|
|
|
|
Первая технология — это коронограф телескопа. HWO предназначен для длительного наблюдения за чрезвычайно яркими звездами и попытки обнаружения любых планет-компаньонов, которые у них могут быть. Для этого ему необходимо блокировать свет от самой звезды, чтобы сфокусироваться на свете от планеты. Коронограф (CI) — это инструмент для этой задачи, предназначенный для подавления звездного света до уровня 10^-10, даже на очень близком расстоянии от самой звезды.
|
|
|
|
|
|
|
Для этого система планирует использовать «деформируемое зеркало» в паре с массивом линейных актуаторов 96x96, которые могут управлять поверхностью зеркала с точностью до пикометра. Ключевым моментом является то, что эти актуаторы должны быть чрезвычайно надежными, обладать чрезвычайно высоким разрешением по положению и не должны выходить из строя из-за воздействия жесткой радиационной среды космоса. Свет, проходящий мимо этих деформируемых зеркал, будет затем улавливаться сверхчувствительными детекторами подсчета фотонов, такими как электронно-умножающие ПЗС-матрицы (EMCCD) или, возможно, сверхпроводящими квантовыми датчиками, которые обладают высокой квантовой эффективностью и практически нулевым фоновым шумом.
|
|
|
|
Но коронограф полезен лишь настолько, насколько полезен телескоп, на котором он установлен. Если телескоп в целом не может поддерживать тот же уровень точности позиционирования, то не имеет значения, насколько хорош коронограф. И он должен быть способен поддерживать эту точность позиционирования в течение нескольких часов или даже дней, поскольку наблюдения, которые, как ожидается, проведет HWO, будут длиться именно столько времени.
|
|
|
|
Одной из самых сложных особенностей, которую необходимо учитывать во второй технологической категории, является тепловое расширение, при котором компоненты самого телескопа расширяются или сжимаются «ползучими» или «рывками» по мере повышения или понижения температуры. Для решения этой проблемы HWO будет оснащен массивной активной системой терморегулирования, будет использовать материалы с низким коэффициентом теплового расширения (КТР), такие как Corning ULE или Schott Zerodur, а также систему управления, которая сможет использовать микродвигатели, виброизоляцию и даже собственные автономные зеркала для поддержания устойчивости космического аппарата и его правильной ориентации.
|
|
|
|
Вся эта ориентация позволит, пожалуй, наиболее важным компонентам выполнять свою работу — датчикам. HWO предназначен не только для поиска экзопланет, но и как астрофизическая обсерватория следующего поколения. Для выполнения требований, изложенных в отчете Astro2020, который изначально и послужил основанием для создания HWO, миссия должна обладать чувствительностью в диапазоне длин волн от ближнего инфракрасного до дальнего ультрафиолетового.
|
|
|
|
Для выполнения этих требований необходимо разработать новые зеркальные покрытия, которые можно будет равномерно наносить на все зеркала миссии. Для этого также потребуются усовершенствованные технологии, такие как крупноформатные УФ-детекторы, микрозатворные массивы следующего поколения (NGMA) и цифровые микрозеркальные устройства (DMD), разработка которых потребует значительных усилий, прежде чем они будут готовы к полноценному использованию в рамках миссии «Великой обсерватории».
|
|
|
|
Как говорится в статье, для достижения полноценного использования потребуется метод «ползти-ходить-бежать». К счастью, в этой области есть определенный «наследие» — особенно опыт, полученный при разработке (и задержках) космического телескопа Джеймса Уэбба и будущего космического телескопа Нэнси Грейс Роман. Но, возможно, более важными для следующего этапа «уровня технологической готовности» являются испытательные стенды, предназначенные для использования в миссии «Воздушной обсерватории».
|
|
|
|
Как уже упоминалось, для достижения уровня технологической готовности 5 необходимо доказать работоспособность системы в соответствующей среде. Но создание среды, соответствующей космическому пространству, на Земле — задача не из легких. Инженеры HWO планируют использовать передовые испытательные стенды, такие как коронограф для получения изображений экзопланет (EPIC-5) и даже специально разработанный испытательный стенд для систем обсерватории обитаемых миров (HOST), предназначенный для проверки взаимосвязанных систем, необходимых для функционирования всей обсерватории.
|
|
|
|
До критического этапа многолетнего исследования (MCR) у инженерных и научных групп еще несколько лет, после чего НАСА и его партнеры могут отменить весь проект, если не будут достигнуты его контрольные точки. Проектные группы уже начинают международное сотрудничество в рамках разработки миссии, и в конце этого года запланирована конференция, посвященная технологиям HWO. Этот отчет TMPO, вероятно, послужит руководящим документом для этих обсуждений и, будем надеяться, станет основой для технической разработки нашей следующей Великой обсерватории.
|
|
|
|
Источник
|
