De mensheid heeft nog nooit eerder de laagfrequente radiohemel gezien. Het is verborgen voor telescopen op de grond door de ionosfeer van de aarde en is moeilijk toegankelijk vanuit de ruimte met traditionele missies, omdat de betrokken lange golflengten (meter- tot kilometerschaal) onhaalbaar massieve telescopen vereisen om duidelijk te kunnen zien.

Elektromagnetische straling op deze lage frequenties bevat cruciale informatie over exoplanetaire en stellaire magnetische velden (een belangrijk ingrediënt voor bewoonbaarheid), het interstellaire/intergalactische medium en de vroegste sterren en sterrenstelsels.

Het Great Observatory for Long Wavelengths (GO-LoW) stelt een interferometrische array voor van duizenden identieke SmallSats op een aarde-zon Lagrange-punt (bijv. L5) om de magnetische velden van terrestrische exoplaneten te meten via detectie van hun radio-emissies op frequenties tussen 100 en 100 graden. kHz en 15 MHz. Elk ruimtevaartuig zal een innovatieve vectorsensorantenne aan boord hebben, die het eerste onderzoek van exoplanetaire magnetische velden binnen 5 parsecs mogelijk zal maken.

In afwijking van de traditionele benadering van één enkel groot en duur ruimtevaartuig (dat wil zeggen HST, Chandra, JWST) met veel afzonderlijke faalpunten, stellen we een interferometrisch Groot Observatorium voor dat bestaat uit duizenden kleine, goedkope en gemakkelijk vervangbare knooppunten.

Interferometrie, een techniek die signalen van veel ruimtelijk gescheiden ontvangers combineert om een ​​grote "virtuele" telescoop te vormen, is bij uitstek geschikt voor astronomie met lange golflengte. De individuele antenne-/ontvangersystemen zijn eenvoudig, er zijn geen grote structuren nodig en de zeer grote afstand tussen de knooppunten zorgt voor een hoge ruimtelijke resolutie.

In onze fase I-studie ontdekten we dat een hybride constellatiearchitectuur het meest efficiënt was. Kleine en eenvoudige "luisteraar"-knooppunten (LN's) verzamelen ruwe radiogegevens met behulp van een inzetbare vectorsensorantenne. Een klein aantal grotere, meer capabele "communicatie- en rekenknooppunten (CCN's) verzamelen gegevens van LN's via een lokaal radionetwerk, voeren straalvormingsverwerking uit om het gegevensvolume te verminderen en verzenden de gegevens vervolgens naar de aarde via optica in de vrije ruimte (lasercomm) .

Kruiscorrelatie van de bundelvormige gegevens wordt uitgevoerd op aarde, waar de rekencapaciteiten niet strak beperkt zijn. De CCN's zijn ook verantwoordelijk voor het beheer van de constellatie, inclusief de timingdistributie en -bereik. Uit het Fase I-onderzoek bleek ook dat de LN-CCN-architectuur de verpakkingsefficiëntie optimaliseert, waardoor een klein aantal superzware lanceervoertuigen (bijvoorbeeld Starship) de hele constellatie naar L4 kan inzetten.

Uit de Fase I-studie bleek dat de belangrijkste innovatie voor GO-LoW het 'systeem van systemen' is. De technologie die nodig is voor elk afzonderlijk onderdeel van het observatorium (bijvoorbeeld lasercomm, CubeSats, bereik, timing, gegevensoverdracht, gegevensverwerking, baanvoortplanting) is geen grote sprong ten opzichte van de huidige stand van de techniek, maar de coördinatie van al deze fysieke elementen , dataproducten en communicatiesystemen is nieuw en uitdagend, vooral op grote schaal.

In het voorgestelde onderzoek zullen we dat doen

1. Ontwikkel een real-time, multi-agent simulatie van de GO-LoW-constellatie die de autonome operatiearchitectuur demonstreert die nodig is om een ​​grote (tot 100k) constellatie buiten de baan van de aarde te realiseren
2. Ga door met het verfijnen van de wetenschappelijke casus en vereisten door de wetenschappelijke output van de constellatie te simuleren en de belangrijkste foutenbronnen te beoordelen op basis van de realtime simulatie
3. Ontwikkel geschikte orbitale modellering om de voortstuwingsvereisten voor het stationeren op een stabiel Lagrange-punt te beoordelen
4. Verder de technologische routekaart verfijnen die nodig is om GO-LoW in de komende 10 tot 20 jaar haalbaar te maken.

GO-LoW vertegenwoordigt een disruptief nieuw paradigma voor ruimtemissies. Het bereikt betrouwbaarheid door enorme redundantie in plaats van door uitgebreide tests. Het kan evolueren en groeien met nieuwe technologie in plaats van gebonden te zijn aan een vast punt in de hardware-/softwareontwikkeling.

Ten slotte belooft het een nieuw spectraal venster op het universum te openen, waar onvoorziene ontdekkingen zeker op je wachten.

Geleverd door NASA