Izgalmas időszak ez a csillagászok és kozmológusok számára. Mivel a James Webb űrteleszkóp (JWST) szerint a csillagászokat az Univerzum valaha készült legélénkebb és legrészletesebb képeivel látták el. WebbA nagy teljesítményű infravörös kamerák, spektrométerek és koronográfok a közeljövőben még többet tesznek lehetővé, beleértve a korai Univerzum felmérésétől az exobolygók közvetlen képalkotásáig. Ezen túlmenően az elkövetkező években számos új generációs távcső üzemel majd 30 méteres (~98,5 láb) elsődleges tükrökkel, adaptív optikával, spektrométerekkel és koronográfokkal.
A csillagászok és kozmológusok még ezekkel a lenyűgöző műszerekkel is olyan korszak elé néznek, amikor még fejlettebb és erősebb távcsövek állnak majd rendelkezésre. Például Zachary Cordero
A Massachusetts Institute of Technology (MIT) munkatársa a közelmúltban egy 100 méteres (328 láb) elsődleges tükörrel rendelkező teleszkópot javasolt, amelyet a térben autonóm módon építenének meg, és elektrosztatikus működtetők segítségével formálnának. Javaslata egyike volt a NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) I. fázisú fejlesztési programja által idén kiválasztott számos koncepciónak.
Corder a Boeing repülési és asztronautikai professzora az MIT-n, valamint az Aerospace Materials and Structures Lab (AMSL) és a Small Satellite Center tagja. Kutatásai integrálják a feldolgozástudomány, a mechanika és a tervezés terén szerzett szakértelmét, hogy új anyagokat és szerkezeteket fejlesszenek ki a feltörekvő űralkalmazásokhoz. Javaslata Prof. Jeffrey Langgal (az MIT Electronics és a Microsystems Technology Laboratories munkatársa) és az AMSL-nél dolgozó három hallgatóból álló csapattal, köztük Ph.D-vel való együttműködés eredménye. Harsh Girishbhai Bhundiya tanuló.
Távolítsa el az összes hirdetést a Universe Today webhelyről
Csatlakozzon Patreonunkhoz mindössze 3 dollárért!
Élvezd a hirdetésmentes élményt egy életre
Az általuk javasolt távcső egy fontos problémát old meg az űrteleszkópokkal és más nagy rakományokkal, amelyeket kilövéshez csomagolnak, majd pályára állítanak. Röviden, a méret és a felületi pontosság közötti kompromisszum 10 másodpercre korlátozza a bevethető űrteleszkópok átmérőjét. Gondoljunk csak a nemrégiben elindítottra James Webb űrteleszkóp (JWST), a legnagyobb és legerősebb teleszkóp, amelyet valaha az űrbe küldtek. A távcsövet úgy tervezték, hogy a hasznos teher burkolatába illeszkedjen (egy Ariane 5 rakéta tetejére), hogy kompaktabb formába hajtsa.
Ez magában foglalta az elsődleges tükröt, a másodlagos tükröt és a napernyőt, amelyek mindegyike akkor bontakozott ki, amikor az űrtávcső pályára állt. Eközben az elsődleges tükör (a valaha használatba vett legösszetettebb és legerősebb) 6,5 méter (21 láb) átmérőjű. Utódja, a Large UV/Optical/IR Surveyor (LUVOIR) hasonló összecsukható szerkezettel és 8-15 méter (26,5-49 láb) átmérőjű elsődleges tükörrel – a választott kialakítástól függően (LUVOIR-A ill. – B). Ahogy Bhundiya elmagyarázta az Universe Todaynek e-mailben:
„Ma a legtöbb űrrepülőgép antennáját pályára állítják (például a Northrop Grumman Astromesh antennáját), és úgy vannak optimalizálva, hogy nagy teljesítményt és nyereséget érjenek el. Vannak azonban korlátai: 1) Passzívan telepíthető rendszerek. Ez azt jelenti, hogy miután telepítette őket, többé nem tudja adaptívan megváltoztatni az antenna alakját. 2) Egyre nehezebb megölni őket, ahogy nőnek. 3) Kompromisszumot mutatnak az átmérő és a pontosság között. Ez azt jelenti, hogy méretük növekedésével csökken a pontosságuk, ami kihívást jelent a nagy átmérőt és nagy pontosságot igénylő csillagászati és érzékelési alkalmazások megvalósításában (pl. JWST).
Noha számos téralapú építési módszert javasoltak e korlátok leküzdésére, ezek teljesítményének részletes elemzése hiányzik a precíziós szerkezetek (például nagy átmérőjű reflektorok) esetében. Javaslatukhoz Cordero és munkatársai rendszerszintű mennyiségi összehasonlítást végeztek az űrben történő gyártáshoz használt anyagok és eljárások között. Végül úgy döntöttek, hogy ezt a korlátot korszerű anyagok és egy új, űralapú gyártási módszer, a Bend-Forming segítségével le lehet küzdeni.
Ez a technika, amelyet az AMSL kutatói találtak ki, és egy nemrégiben Bhundiya és Cordero által közösen írt cikkben leírták, a számítógépes numerikus vezérlésű (CNC) deformációs feldolgozás és hierarchikus, nagy teljesítményű anyagok kombinációján alapul. Ahogy Harsh elmagyarázta:
„A hajlítási formázás egy eljárás 3D drótvázszerkezetek fémhuzalból történő előállítására. Úgy működik, hogy egyetlen huzalszálat bizonyos csomópontokban és szögekben meghajlít, és a csomópontoknál kötéseket ad, hogy merev szerkezetet hozzon létre. Tehát egy adott szerkezet elkészítéséhez hajlítási utasításokká alakítja át, amelyeket egy olyan gépen, például CNC huzalhajlítón lehet megvalósítani, hogy egyetlen szál nyersanyagból lehessen legyártani. A Bend-Forming fő alkalmazása a pályán lévő nagy antenna tartószerkezetének gyártása. Az eljárás kiválóan alkalmas erre az alkalmazásra, mert alacsony az energiafogyasztása, nagy tömörítési arányú szerkezeteket tud gyártani, és lényegében nincs méretkorlátozás.
Az űrben történő összeszerelés és gyártás egyéb megközelítéseitől eltérően a hajlítás energiahatékony, és egyedülállóan lehetővé teszi a tér rendkívül alacsony hőmérséklete miatt. Ezenkívül ez a technika lehetővé teszi az intelligens konstrukciókat, amelyek többfunkciós anyagokat használnak a méret, a tömeg, a merevség és a pontosság új kombinációinak eléréséhez. Ezenkívül az így létrejött intelligens szerkezetek többfunkciós anyagokat használnak a méret, tömeg, merevség és pontosság példátlan kombinációinak eléréséhez, megtörve a hagyományos rácsos vagy feszültségorientált térszerkezeteket korlátozó tervezési paradigmákat.
Eredeti pontosságuk mellett a nagy hajlított szerkezetek elektrosztatikus működtetőikkel szubmilliméteres pontossággal kontúrozhatják a reflektor felületet. Harsh szerint ez növelni fogja a gyártott antennájuk pontosságát a pályán:
„Az aktív vezérlés módszerét elektrosztatikus működtetésnek nevezik, és az elektrosztatikus vonzás által generált erők segítségével precízen formálja a fémhálót íves alakra, amely antenna reflektorként működik. Ezt úgy érjük el, hogy feszültséget adunk a háló és a hajlított tartószerkezetből és kihajtható elektródákból álló „parancsfelület” közé. Ennek a feszültségnek a beállításával precízen formálhatjuk a reflektor felületét, és nagy nyereségű parabolaantennát valósíthatunk meg.”
Harsh és munkatársai arra a következtetésre jutottak, hogy ez a technika lehetővé teszi egy 100 méternél (328 láb) átmérőjű kihelyezhető tükröt, amely 100 m/m-es felületi pontosságot és 10 m-nél nagyobb fajlagos területet képes elérni.2/kg. Ez a képesség felülmúlná a meglévő mikrohullámú radiometriai technológiát, és jelentős javulást eredményezhet a vihar-előrejelzésben, valamint a légköri folyamatok, például a hidrológiai ciklus jobb megértésében. Ennek fontos következményei lehetnek a Föld-megfigyelésre és az exobolygó-kutatásokra.
A csapat nemrégiben bemutatta egy elektrosztatikusan meghajtott reflektor 1 méteres prototípusát ívelt tartószerkezettel az Amerikai Repülési és Űrhajózási Intézet (AIAA) 2023-as tudományos konferenciáján, amelyre január 23-27-én került sor a marylandi National Havenben. . Ezzel az I. fázisú NIAC-támogatással a csapat azt tervezi, hogy kiforrotja a technológiát azzal a végső céllal, hogy mikrohullámú radiometrikus reflektort hozzon létre.
A jövőre nézve a csapat azt tervezi, hogy megvizsgálja, hogyan használható a Bend-Forming geostacionárius pályán (GEO) egy mikrohullámú radiometrikus reflektor létrehozására, amelynek látómezeje 15 km (9,3 mérföld), talajfelbontása 35 km (21,75 mérföld). és a javasolt frekvenciatartomány 50-56 GHz – a szupermagas és rendkívül magas frekvenciatartomány (SHF/EHF). Ez lehetővé teszi, hogy a távcső hőmérsékleti profilokat gyűjtsön le az exobolygók légköréből, ami egy fontos funkció, amely segít az asztrobiológusoknak a lakhatóság mérésében.
“Célunk a NIAC-val most az, hogy a hajlítási és elektrosztatikus meghajtási technológiánkat az űrben alkalmazzuk” – mondta Harsh. „100 m átmérőjű antennákat tervezünk geostacionárius pályán ívelt tartószerkezettel és elektrosztatikusan hajtott reflektor felületekkel. Ezek az antennák lehetővé teszik az űrhajók új generációját, nagyobb érzékelési, kommunikációs és energiaellátási képességekkel.”
További olvasnivalók: NASA