Na jaren van ontwikkeling, het project Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) heeft $ 500 ontvangen, 000 ter ondersteuning van extra werk bij het ingaan van Fase II van NASA's Innovative Advanced Concepts (NIAC)-programma. Hoewel het nog geen NASA-missie is, de LCRT beschrijft een missieconcept dat de kijk van de mensheid op de kosmos zou kunnen veranderen.

Het primaire doel van de LCRT zou zijn om de lange-golflengte radiogolven te meten die worden gegenereerd door de kosmische donkere middeleeuwen - een periode die een paar honderd miljoen jaar duurde na de oerknal, maar voordat de eerste sterren tot stand kwamen. Kosmologen weten weinig over deze periode, maar kwamen de antwoorden op enkele van de grootste mysteries van de wetenschap mogelijk opgesloten in de lange-golflengte radio-emissies die worden gegenereerd door het gas dat het universum in die tijd zou hebben gevuld.

"Terwijl er geen sterren waren, er was voldoende waterstof tijdens de donkere middeleeuwen van het universum - waterstof dat uiteindelijk zou dienen als grondstof voor de eerste sterren, " zei Joseph Lazio, radioastronoom bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië en lid van het LCRT-team. "Met een voldoende grote radiotelescoop buiten de aarde, we konden de processen volgen die zouden leiden tot de vorming van de eerste sterren, misschien zelfs aanwijzingen vinden voor de aard van donkere materie."

Radiotelescopen op aarde kunnen deze mysterieuze periode niet peilen omdat de lange golflengte radiogolven uit die tijd worden weerkaatst door een laag ionen en elektronen aan de bovenkant van onze atmosfeer, een gebied dat de ionosfeer wordt genoemd. Willekeurige radio-emissies van onze luidruchtige beschaving kunnen ook interfereren met radioastronomie, de zwakste signalen overstemt.

Maar aan de andere kant van de maan, er is geen atmosfeer om deze signalen te reflecteren, en de maan zelf zou het radiogebabbel van de aarde blokkeren. De andere kant van de maan zou het belangrijkste onroerend goed kunnen zijn om ongekende studies van het vroege universum uit te voeren.

"Radiotelescopen op aarde kunnen vanwege onze ionosfeer geen kosmische radiogolven zien op een hoogte van ongeveer 10 meter of langer. dus er is een hele regio van het universum die we gewoon niet kunnen zien, " zei Saptarshi Bandyopadhyay, een roboticatechnoloog bij JPL en de hoofdonderzoeker van het LCRT-project. "Maar eerdere ideeën om een ​​radioantenne op de maan te bouwen waren zeer arbeidsintensief en gecompliceerd, dus we waren genoodzaakt om iets anders te bedenken."

Telescopen bouwen met robots

Om gevoelig te zijn voor lange radiogolflengten, de LCRT zou enorm moeten zijn. Het idee is om een ​​antenne van meer dan 1 kilometer breed te maken in een krater van meer dan 3 kilometer breed. De grootste single-schotel radiotelescopen op aarde, zoals de 1, 600 voet (500 meter) vijfhonderd meter Aperture Spherical Telescope (FAST) in China en de nu niet meer werkende 1 Het Arecibo-observatorium van 305 meter breed (305 meter breed) in Puerto Rico - werd gebouwd in natuurlijke komachtige holtes in het landschap om een ​​ondersteunende structuur te bieden.

Deze klasse van radiotelescoop maakt gebruik van duizenden reflecterende panelen die in de holte zijn opgehangen om het hele oppervlak van de schotel weerkaatsend te maken voor radiogolven. De ontvanger hangt dan via een stelsel van kabels op een brandpunt boven de schotel, verankerd door torens aan de omtrek van de schotel, om de radiogolven te meten die weerkaatsen van het gebogen oppervlak eronder. Maar ondanks zijn omvang en complexiteit, zelfs FAST is niet gevoelig voor radiogolflengten die langer zijn dan ongeveer 4,3 meter.

Met zijn team van ingenieurs, robotici, en wetenschappers bij JPL, Bandyopadhyay heeft deze klasse van radiotelescoop teruggebracht tot zijn meest basale vorm. Hun concept elimineert de noodzaak om onbetaalbaar zwaar materiaal naar de maan te transporteren en maakt gebruik van robots om het bouwproces te automatiseren. In plaats van duizenden reflecterende panelen te gebruiken om inkomende radiogolven te focussen, de LCRT zou worden gemaakt van dun gaas in het midden van de krater. Eén ruimtevaartuig zou het gaas leveren, en een afzonderlijke lander zou DuAxel-rovers deponeren om de schotel gedurende meerdere dagen of weken te bouwen.

DuAxel, een robotconcept dat bij JPL wordt ontwikkeld, is samengesteld uit twee enkelassige rovers (Axel genaamd) die van elkaar kunnen loskoppelen, maar verbonden blijven via een ketting. De ene helft zou fungeren als een anker aan de rand van de krater terwijl de andere naar beneden daalt om het gebouw te doen.

"DuAxel lost veel van de problemen op die gepaard gaan met het ophangen van zo'n grote antenne in een maankrater, " zei Patrick McGarey, ook robottechnoloog bij JPL en teamlid van de projecten LCRT en DuAxel. "Individuele Axel-rovers kunnen de krater inrijden terwijl ze vastgebonden zijn, sluit aan op de draden, spanning aanbrengen, en til de draden op om de antenne op te hangen."

Uitdagingen identificeren

Voor het team om het project naar een hoger niveau te tillen, ze zullen NIAC Phase II-financiering gebruiken om de mogelijkheden van de telescoop en de verschillende missiebenaderingen te verfijnen, terwijl ze de uitdagingen onderweg identificeren.

Een van de grootste uitdagingen van het team in deze fase is het ontwerp van het draadgaas. Om zijn parabolische vorm en precieze afstand tussen de draden te behouden, het gaas moet zowel sterk als flexibel zijn, maar toch licht genoeg om te worden vervoerd. Het gaas moet ook bestand zijn tegen de wilde temperatuurveranderingen op het oppervlak van de maan - van zo laag als min 280 graden Fahrenheit (min 173 graden Celsius) tot zo hoog als 260 graden Fahrenheit (127 graden Celsius) - zonder kromtrekken of falen.

Een andere uitdaging is om te bepalen of de DuAxel-rovers volledig geautomatiseerd moeten worden of een menselijke operator bij het besluitvormingsproces moeten betrekken. Kan de constructie van DuAxels ook worden aangevuld met andere constructietechnieken? Harpoenen afvuren op het maanoppervlak, bijvoorbeeld, kan de mesh van de LCRT beter verankeren, minder robots nodig.

Ook, terwijl de andere kant van de maan voorlopig "radiostil" is, dat kan in de toekomst veranderen. De Chinese ruimtevaartorganisatie heeft momenteel een missie om de andere kant van de maan te verkennen. ten slotte, en verdere ontwikkeling van het maanoppervlak zou mogelijke radioastronomieprojecten kunnen beïnvloeden.

Voor de komende twee jaar, het LCRT-team zal ook andere uitdagingen en vragen identificeren. Mochten ze succesvol zijn, ze kunnen worden geselecteerd voor verdere ontwikkeling, een iteratief proces dat Bandyopadhyay inspireert.

"De ontwikkeling van dit concept kan onderweg enkele belangrijke doorbraken opleveren, met name voor implementatietechnologieën en het gebruik van robots om gigantische structuren buiten de aarde te bouwen, " zei hij. "Ik ben er trots op samen te werken met dit diverse team van experts die de wereld inspireren om grote ideeën te bedenken die baanbrekende ontdekkingen kunnen doen over het universum waarin we leven."