Lidstvo zatím ještě nemělo možnost sledovat rádiové signály z vesmíru na nízkých frekvencích. Zemská ionosféra jim brání v průniku k pozemským observatořím a tradiční kosmický přístup k řešení je komplikovaný. Dlouhé vlnové délky (řádově metry až kilometry) by vyžadovaly nereálně masivní teleskopy. Elektromagnetické záření na těchto nízkých frekvencích přitom nese klíčové informace o magnetických polích exoplanet i hvězd (což je důležité pro případnou obyvatelnost vzdálených světů), ale i o mezihvězdném a mezigalaktickém médiu, nebo o nejstarších hvězdách a galaxiích. Vítejte u dalšího dílu ze seriálu o projektech NIAC, kde si představujeme projekty, které mohou mít v budoucnu značný potenciál a proto NASA financuje jejich časné vývojové fáze.
Projekt Velké observatoře pro dlouhé vlnové délky GO-LoW (Great Observatory for Long Wavelengths) navrhuje interferometrické pole tisíců identických malých sond v libračním centru sestavy Slunce – Země (například v L5), kde by probíhala měření magnetických polí kamenných exoplanet pomocí detekce jejich rádiových emisí na frekvencích mezi 100 kHz a 15 MHz. Každá sonda by nesla inovativní anténu VSA (Vector Sensor Antenna), která má umožnit první průzkum magnetických polí exoplanet ve vzdálenosti do 5 parseků (cca 16,3 světlených let).
Odklon od tradičního přístupu v podobě jediné velké a drahé kosmické observatoře (např. HST, Chandra, JWST), která má mnoho různých možností selhání, navrhuje část expertů interferometrickou Velkou observatoř složenou z tisíců malých, levných a snadno vyměnitelných uzlů. Interferometrie, tedy technika, která kombinuje signály z mnoha prostorově oddělených přijímačů a vytváří tak velký „virtuální“ teleskop, je ideální pro astronomii na dlouhých vlnových délkách. Jednotlivé systémy antén/přijímačů jsou jednoduché, nejsou zapotřebí žádné velké konstrukce a opravdu velké rozestupy mezi uzly zajišťují vysoké prostorové rozlišení.
V rámci Fáze 1 se odborníkům podařilo dospět k poznání, že nejefektivnější architektura by byla hybridní konstelace. Malé a jednoduché „poslouchací uzly“ LN (listener nodes) by sbíraly surová rádiová data s pomocí výklopné antény VSA. Malé množství větších a schopnějších „komunikačních a výpočetních uzlů“ CCN (communication and computation nodes) by sbíraly data z LN pomocí lokální rádiové sítě, prováděly zpracování údajů, aby se zmenšil jejich objem a poté přenášely na zemi předzpracovaná data pomocí laserové komunikace. Křížová korelace dat formovaných paprskem by se prováděla na Zemi, kde výpočetní zdroje nejsou tak přísně omezeny. CCN by rovněž byly zodpovědné za správu celé družicové sítě, včetně distribuce časování a určování vzdálenosti. Studie provedená ve Fázi 1 také ukázala, že architektura LN-CCN optimalizuje efektivitu předstartovního balení, což umožňuje, aby malý počet supertěžkých nosných raket (např. Starship) rozmístil celou konstelaci v libračním bodě.
Studie ve Fázi 1 ukázala, že klíčovou inovací pro GO-LoW je „systém systémů“. Jde o technologii potřebnou pro každý individuální kousek observatoře (laserovou komunikaci, CubeSaty, určování vzdáleností, časování, přenos a zpracování dat, určování oběžné dráhy), která nepředstavuje významný technologický skok oproti současnému stavu. Ovšem koordinace všech těchto fyzických prvků, datových produktů a komunikačních systémů je nová a náročná, zejména v daném měřítku. V rámci navržené studie pro Fázi 2 experti plánují vyvinout simulaci více článků sítě GO-LoW, která v reálném demonstruje architekturu autonomních činností potřebnou k dosažení velké (až stotisícové) konstelace mimo oběžnou dráhu Země. Odborníci zároveň budou pokračovat ve zpřesňování vědeckých možností a požadavků pomocí simulace vědeckých výstupů z konstelace a posouzení hlavních zdrojů chyb na základě zmíněné simulace v reálném čase. Chtějí také vyvinout vhodné orbitální modelování pro posouzení požadavků na pohon pro udržení souboru sond ve stabilním Lagrangeově bodě a dále zpřesnit technologický plán potřebný k tomu, aby byla GO-LoW proveditelná v příštích 10-20 letech.
GO-LoW představuje nový převratný přístup k vesmírné misi. Spolehlivosti dosahuje spíše díky masivní redundanci než rozsáhlému předstartovnímu testování. Může se navíc do budoucna vyvíjet a růst s novými technologiemi, místo aby byl vázán na pevný bod vývoje hardwaru/softwaru. V neposlední řadě slibuje otevření nového spektrálního okna do vesmíru, kde jistě čekají nepředvídatelné objevy.
Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2024/05/mary-knapp-go-low-graphic.png
