Menerangi zaman kosmik yang gelap

Ilustrasi ini menggambarkan teleskop konseptual kawah bulan di sisi jauh bulan. Konsep tahap awal sedang dipelajari di bawah dana hibah dari Program Konsep Lanjutan Inovatif NASA tetapi bukan tugas NASA. Kredit: Vladimir Vostiansky

Tahap awal NASA Konsepnya bisa melihat robot menyematkan kawat di kawah di sisi jauh bulan, menciptakan teleskop radio untuk membantu menjelajahi fajar alam semesta.

Setelah pengembangan bertahun-tahun, proyek Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) dianugerahi $ 500.000 untuk mendukung kerja lembur saat memasuki fase kedua program Konsep Tingkat Lanjut Inovatif (NIAC) NASA. Meski belum menjadi misi NASA, LCRT menggambarkan konsep misi yang bisa mengubah pandangan manusia tentang alam semesta.

Tujuan utama LCRT adalah mengukur gelombang radio gelombang panjang yang dihasilkan oleh zaman kegelapan kosmik – periode yang berlangsung beberapa ratus juta tahun setelahnya. ledakan besar, Tapi sebelum bintang pertama muncul. Ahli kosmologi hanya tahu sedikit tentang periode ini, tetapi mereka telah menemukan jawaban atas beberapa misteri sains terbesar yang mungkin terbatas pada emisi radio gelombang panjang yang dihasilkan oleh gas yang memenuhi alam semesta selama periode itu.

Kata Joseph Lazio, astronom radio di Jet Propulsion Laboratory NASA di California Selatan dan anggota tim LCRT. “Dengan teleskop radio yang cukup besar lebih jauh dari Bumi, kita dapat melacak proses yang akan mengarah pada pembentukan bintang pertama, dan bahkan mungkin menemukan petunjuk tentang sifat materi gelap.”

Permukaan bulan ditutupi dengan kawah, dan depresi alami dapat menjadi struktur pendukung untuk piringan teleskop radio. Seperti yang diperlihatkan dalam ilustrasi ini, troli Doxel dapat memasang jaring kawat dari tepi cerat. Kredit: Vladimir Vostiansky

Teleskop radio di Bumi tidak dapat menjelajahi periode misterius ini karena gelombang radio gelombang panjang sejak saat itu dipantulkan oleh lapisan ion dan elektron di bagian atas atmosfer kita, wilayah yang disebut ionosfer. Emisi radio acak dari peradaban kita yang bising dapat mengganggu astronomi radio juga, membanjiri sinyal terlemah.

Tetapi di sisi jauh bulan, tidak ada atmosfer yang memantulkan sinyal-sinyal ini, dan bulan itu sendiri akan mencegah obrolan radio Bumi. Sisi jauh Bulan bisa menjadi obat utama untuk studi awal alam semesta yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Teleskop radio di Bumi tidak dapat melihat gelombang radio kosmik sekitar 33 kaki [10 meters] Saptarchi Bandiupadhyay, Teknolog Robotika di Laboratorium Propulsi Jet Dan Penyelidik Utama di Proyek LCRT. “Tapi gagasan sebelumnya untuk membangun antena radio di bulan membutuhkan banyak sumber daya dan rumit, jadi kami harus menemukan sesuatu yang berbeda.”

Membangun teleskop dengan robot

Agar peka terhadap panjang gelombang radio yang panjang, LCRT harus berukuran besar. Idenya adalah membuat antena dengan lebar lebih dari setengah mil (1 km) di kawah yang lebarnya lebih dari 2 mil (3 km). Teleskop radio satu pelat terbesar di Bumi – seperti teleskop bola (FAST) bukaan 1.600 kaki (500 meter) di Cina dan teleskop bola selebar 1.000 kaki (lebar 305 meter) saat ini tidak beroperasi. Observatorium Arecibo di Puerto Rico dibangun – di dalam cekungan alami seperti mangkuk di lanskap untuk menyediakan struktur pendukung.

Sebuah teleskop radio konseptual dapat dibangun dari piringan kawat di dalam kawah. Dalam ilustrasi ini, penerima dapat dilihat tergantung di atas piringan melalui sistem kabel yang dipasang di tepi moncongnya. Kredit: Vladimir Vostiansky

Kategori teleskop radio ini menggunakan ribuan panel reflektif yang tergantung di dalam depresi untuk membuat seluruh permukaan piringan memantulkan gelombang radio. Penerima kemudian menggantung melalui sistem kabel pada titik fokus di atas piringan, yang ditambatkan oleh menara di sekeliling piringan, untuk mengukur gelombang radio yang memantul dari permukaan lengkung di bawah. Namun terlepas dari ukuran dan kerumitannya, bahkan FAST tidak sensitif terhadap panjang gelombang radio lebih dari 14 kaki (4,3 meter).

Bandiopadhyay, bersama tim insinyur, ilmuwan robotika, dan ilmuwan di Jet Propulsion Laboratory, telah memadatkan teleskop radio kelas ini ke dalam bentuk yang paling sederhana. Konsep mereka menghilangkan kebutuhan untuk mengangkut material berat ke bulan dan menggunakan robot untuk mengotomatiskan proses konstruksi. Alih-alih menggunakan ribuan panel reflektif untuk memfokuskan gelombang radio yang masuk, LCRT akan dibuat dari jaring kawat tipis di tengah lubang. Satu pesawat ruang angkasa akan menghubungkan jaringan, dan pendarat terpisah akan menyimpan penjelajah DuAxel untuk membuat antena parabola selama beberapa hari atau minggu.

DuAxel, sebuah konsep otomatis yang sedang dikembangkan di JPL, terdiri dari dua kendaraan touring uniaksial (disebut Axel) yang dapat terpisah satu sama lain tetapi tetap terhubung melalui tali. Setengahnya akan bertindak sebagai jangkar di tepi lubang saat yang lain turun untuk membangun.

“DuAxel memecahkan banyak masalah yang terkait dengan penangguhan antena besar di dalam kawah bulan,” kata Patrick McGarry, seorang teknolog robotika di JPL dan anggota tim proyek LCRT dan DuAxel. “Axel Rovers dapat menembus ke dalam kawah saat dipasang ke kabel, menekan kabel, dan menaikkan kabel untuk menahan antena.”

Identifikasi tantangan

Untuk membawa proyek ke tingkat berikutnya, mereka akan menggunakan pendanaan tahap kedua NIAC untuk meningkatkan kemampuan teleskop dan berbagai metode misi sambil mengidentifikasi tantangan di sepanjang jalan.

Salah satu tantangan terbesar yang dihadapi tim selama fase ini adalah desain jaringan kabel. Untuk menjaga bentuk parabola dan jarak antar kabel yang tepat, jaring harus kuat dan fleksibel, namun cukup ringan untuk dipindahkan. Grid juga harus mampu menahan perubahan suhu liar di permukaan bulan – mulai minus 280 derajat Fahrenheit (Minus 173 derajat Celsius) Hingga 260 ° F (127 ° C) – tanpa memutar atau gagal.

Tantangan lain adalah menentukan apakah senyawa Doxl harus sepenuhnya otomatis atau melibatkan faktor manusia dalam proses pengambilan keputusan. Dapatkah DuAxels membangun juga dilengkapi dengan teknologi bangunan lainnya? Misalnya, meluncurkan tombak di permukaan bulan dapat menstabilkan jaringan LCRT dengan lebih baik, membutuhkan lebih sedikit robot.

Selain itu, saat sisi jauh bulan saat ini “radio sunyi”, hal itu mungkin berubah di masa depan. Badan Antariksa China saat ini memiliki misi untuk menjelajahi sisi jauh bulan, dan pengembangan lebih lanjut permukaan bulan dapat memengaruhi proyek astronomi radio potensial.

Selama dua tahun ke depan, tim LCRT akan berupaya mengidentifikasi tantangan dan pertanyaan lain juga. Jika berhasil, mereka dapat dipilih untuk pengembangan lebih lanjut, sebuah proses berulang yang menginspirasi Bandyopadhyay.

“Pengembangan konsep ini dapat menghasilkan beberapa terobosan signifikan di sepanjang jalan, terutama yang berkaitan dengan teknologi penyebaran dan penggunaan robot untuk membangun struktur raksasa di luar Bumi,” katanya. “Saya bangga bekerja dengan tim ahli yang beragam ini yang menginspirasi dunia untuk memikirkan ide-ide besar yang dapat membuat penemuan terobosan tentang alam semesta tempat kita tinggal.”

NIAC didanai oleh Direktorat Misi Teknologi Antariksa NASA, yang bertanggung jawab untuk mengembangkan teknologi dan kemampuan komprehensif baru yang dibutuhkan badan tersebut.