Dopo anni di sviluppo, il progetto Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) ha ricevuto $ 500, 000 per supportare il lavoro aggiuntivo mentre entra nella fase II del programma Innovative Advanced Concepts (NIAC) della NASA. Pur non essendo ancora una missione della NASA, la LCRT descrive un concetto di missione che potrebbe trasformare la visione dell'umanità del cosmo.

L'obiettivo principale dell'LCRT sarebbe quello di misurare le onde radio a lunga lunghezza d'onda generate dai secoli bui cosmici, un periodo che durò alcune centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, ma prima che comparissero le prime stelle. I cosmologi sanno poco di questo periodo, ma le risposte ad alcuni dei più grandi misteri della scienza potrebbero essere bloccate nelle emissioni radio a lunga lunghezza d'onda generate dal gas che avrebbe riempito l'universo in quel periodo.

"Mentre non c'erano stelle, c'era molto idrogeno durante i secoli bui dell'universo, idrogeno che sarebbe poi servito come materia prima per le prime stelle, " disse Giuseppe Lazio, radioastronomo del Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California e membro del team LCRT. "Con un radiotelescopio sufficientemente grande al largo della Terra, potremmo seguire i processi che porterebbero alla formazione delle prime stelle, forse anche trovare indizi sulla natura della materia oscura."

I radiotelescopi sulla Terra non possono sondare questo periodo misterioso perché le onde radio a lunga lunghezza d'onda di quel periodo sono riflesse da uno strato di ioni ed elettroni nella parte superiore della nostra atmosfera, una regione chiamata ionosfera. Anche le emissioni radio casuali della nostra rumorosa civiltà possono interferire con la radioastronomia, soffocando i segnali più deboli.

Ma sul lato opposto della Luna, non c'è atmosfera che rifletta questi segnali, e la Luna stessa bloccherebbe le chiacchiere radio della Terra. Il lato opposto della luna potrebbe essere il primo immobile per condurre studi senza precedenti sull'universo primordiale.

"I radiotelescopi sulla Terra non possono vedere le onde radio cosmiche a circa 10 metri o più a causa della nostra ionosfera, quindi c'è un'intera regione dell'universo che semplicemente non possiamo vedere, " disse Saptarshi Bandyopadhyay, un tecnologo di robotica al JPL e il ricercatore capo del progetto LCRT. "Ma le idee precedenti di costruire un'antenna radio sulla Luna richiedevano molte risorse e sono complicate, quindi siamo stati costretti a inventare qualcosa di diverso."

Costruire telescopi con i robot

Per essere sensibile alle lunghe lunghezze d'onda radio, il LCRT dovrebbe essere enorme. L'idea è di creare un'antenna larga più di mezzo miglio (1 chilometro) in un cratere largo più di 2 miglia (3 chilometri). I più grandi radiotelescopi a piatto unico sulla Terra, come l'1, Telescopio sferico ad apertura di cinquecento metri (FAST) da 600 piedi (500 metri) in Cina e l'ormai non operativo 1, L'Osservatorio di Arecibo a Porto Rico, largo 305 metri di larghezza, è stato costruito all'interno di depressioni naturali simili a conche nel paesaggio per fornire una struttura di supporto.

Questa classe di radiotelescopi utilizza migliaia di pannelli riflettenti sospesi all'interno della depressione per rendere l'intera superficie della parabola riflettente alle onde radio. Il ricevitore quindi si blocca tramite un sistema di cavi in ​​un punto focale sopra il piatto, ancorato da torri al perimetro della parabola, per misurare le onde radio che rimbalzano sulla superficie curva sottostante. Ma nonostante le sue dimensioni e complessità, anche FAST non è sensibile alle lunghezze d'onda radio superiori a circa 14 piedi (4,3 metri).

Con il suo team di ingegneri, robotisti, e scienziati del JPL, Bandyopadhyay ha condensato questa classe di radiotelescopi fino alla sua forma più elementare. Il loro concetto elimina la necessità di trasportare materiale proibitivo sulla Luna e utilizza i robot per automatizzare il processo di costruzione. Invece di utilizzare migliaia di pannelli riflettenti per focalizzare le onde radio in arrivo, il LCRT sarebbe costituito da una sottile rete metallica al centro del cratere. Una navicella spaziale consegnerebbe la rete, e un lander separato avrebbe depositato i rover DuAxel per costruire il piatto per diversi giorni o settimane.

DuAxel, un concetto robotico in fase di sviluppo al JPL, è composto da due rover a un asse (chiamati Axel) che possono sganciarsi l'uno dall'altro ma rimanere collegati tramite un cavo. Una metà fungerebbe da ancora sul bordo del cratere mentre l'altra si cala per eseguire l'edificio.

"DuAxel risolve molti dei problemi associati alla sospensione di un'antenna così grande all'interno di un cratere lunare, " ha detto Patrick McGarey, anche un tecnologo di robotica presso JPL e un membro del team dei progetti LCRT e DuAxel. "I singoli rover Axel possono entrare nel cratere mentre sono legati, collegare ai fili, applicare tensione, e sollevare i fili per sospendere l'antenna."

Identificare le sfide

Affinché il team porti il ​​progetto al livello successivo, useranno i finanziamenti della NIAC Phase II per perfezionare le capacità del telescopio e i vari approcci alla missione, identificando le sfide lungo il percorso.

Una delle maggiori sfide del team durante questa fase è la progettazione della rete metallica. Per mantenere la sua forma parabolica e la distanza precisa tra i fili, la maglia deve essere sia forte che flessibile, ma abbastanza leggero da essere trasportato. La maglia deve anche essere in grado di resistere agli sbalzi di temperatura sulla superficie della Luna, da un minimo di meno 280 gradi Fahrenheit (meno 173 gradi Celsius) a un massimo di 260 gradi Fahrenheit (127 gradi Celsius) senza deformarsi o cedere.

Un'altra sfida è identificare se i rover DuAxel debbano essere completamente automatizzati o coinvolgere un operatore umano nel processo decisionale. La costruzione DuAxels potrebbe essere completata anche da altre tecniche di costruzione? Lanciando arpioni sulla superficie lunare, Per esempio, può ancorare meglio la mesh della LCRT, richiedono meno robot.

Anche, mentre il lato opposto della luna è "radio silenzioso" per ora, che potrebbe cambiare in futuro. L'agenzia spaziale cinese ha attualmente una missione per esplorare il lato opposto della luna, Dopotutto, e l'ulteriore sviluppo della superficie lunare potrebbe avere un impatto su possibili progetti di radioastronomia.

Per i prossimi due anni, il team LCRT lavorerà per identificare anche altre sfide e domande. Se hanno successo, possono essere selezionati per un ulteriore sviluppo, un processo iterativo che ispira Bandyopadhyay.

"Lo sviluppo di questo concetto potrebbe produrre alcune scoperte significative lungo la strada, in particolare per le tecnologie di distribuzione e l'uso di robot per costruire strutture gigantesche al di fuori della Terra, " ha detto. "Sono orgoglioso di lavorare con questo team eterogeneo di esperti che ispirano il mondo a pensare a grandi idee che possono fare scoperte rivoluzionarie sull'universo in cui viviamo".