Élő Exobolygó Obszervatórium

Habitable Exoplanet Observatory
Űrtávcső A kép leírása, az alábbiakban szintén kommentálva A művész benyomása Általános adatok
Szervezet JPL ( NASA )
Terület Csillagászat
Állapot Tanulmányozás alatt
Más nevek HabEx
Dob 2035 körül
Indító Űrhajó rendszer (teleszkóp)
Falcon Heavy (külső koronográf)
Időtartam 5 év (elsődleges küldetés)
10 év fogyóeszköz
Webhely https://www.jpl.nasa.gov/habex/
Technikai sajátosságok
Szentmise az induláskor 4H és 4C: 18 tonna
3,2S: 7,3 tonna
+ Külső koronográf (4H és 3,2S): 12,15 tonna
Hajtóanyag tömege 4H és 4C: 2,5 tonna
3,2S: 756 kg
Hozzáállás-ellenőrzés stabilizált 3 tengely
Energiaforrás napelemek
Pálya
Pálya Halo pálya
Tetőpont 780 000 km
Elhelyezkedés Lagrange  L 2 pont
Távcső
típus Tengelyen kívüli háromtükörű anasztigmatikus rendszer
Átmérő 4H és 4C: 4 m.
3,2S: 3,2 m.
Fokális 4H és 4C: 9 m. (f / 2,25)
Hullámhossz Látható , ultraibolya , infravörös közelében
Fő eszközök
HCG Koronográf
HWC Képalkotó spektrométer
UVS Ultraibolya spektrométer
SSI Külső koronográf ( csillagárnyék )

Lakható exobolygó Observatory , amely általánosságban a betűszó Habex , egyike a négy tér obszervatóriumok , hogy az űrügynökség USA , a NASA , tervek kidolgozása során a 2025-2035 évtizedben. A HabEx-et a Jet Propulsion Laboratory által vezetett csapat kínálja . Ezt a teleszkópot úgy tervezték, hogy lehetővé tegye a csillagunk körüli 15 parsek sugarú körzetben a bármilyen méretű exobolygók közvetlen megfigyelését és a légkörük jellemzését azzal a céllal, hogy meghatározhassák lakhatékonyságukat. Az alkalmazott detektálási módszer lehetővé teszi az adott naprendszer összes bolygójának azonosítását és jellemzését, és ezáltal egy statisztikai tanulmány elindítását, amely a csillagok és bolygóik kialakulási folyamatának jobb megértéséhez vezet.

Az összes célt kielégítő konfigurációban a távcsőnek 4 méter átmérőjű monolit elsődleges tükre van. Az exobolygók megfigyeléséhez a teleszkóp a legteljesebb konfigurációjában kétféle koronográfot fog kapni  : egy belső koronográfot és egy 52 méter átmérőjű külső koronográfot ( csillagárnyékot ), amelyet a távcsőtől 76 600 kilométerre található műholdra telepítenek. Ez az eszköz lesz az első az űrmezőben. A költségek és a kockázatok csökkentése érdekében két, leépített konfiguráció érhető el: külső koronográf nélküli és 3,4 méteres elsődleges tükrös, valamint belső koronográf nélküli változat.

A távcsövet 2039 körül két szakaszban indítanák - a tényleges teleszkópot ( Space Launch System launcher ) és a külső koronográfot ( Falcon Heavy), majd a Lagrange  L 2 pont körüli pályára állítják. Az elsődleges küldetés időtartama 5 év és az űrhajó 10 év fogyóeszközt igényel.

Kontextus

Az asztrofizika kiemelt projektjeinek meghatározása a 2025-2035 évtizedre

A tudományos területeken a NASA minden évtizedben elkészített jelentés alapján választja ki a fejleszteni kívánt projekteket. A következő, csillagászattal és asztrofizikával foglalkozó jelentés ( The Astronomy and Astrophysics Decadal Survey 2020 ), amelyet 2020-ban kell közzétenni, meghatározza e területek prioritási tengelyeit a 2025-2035 évtizedre. Ebben az összefüggésben a NASA finanszírozta az űrügynökség tagjaiból, külső kutatókból és az ipar képviselőiből álló csoportok négy űrmegfigyelő projekt tanulmányát. Ezek a projektek a következők: LUVOIR , HabEx, Lynx és OST ( Origins űrtávcső ).

Ezen vizsgált projektek főbb jellemzői a következők:

A JWST és a WFIRST projekt hatása meghaladja

Amikor a NASA 2016-ban először felkérte a négy csapatot, hogy részletezzék a projektjüket, utasítást kaptak arra, hogy ne vegyék figyelembe a költséghatárt. Ennek eredményeként számos projekt meghaladja az 5 milliárd USD-t, a legdrágább projekt eléri a 20 milliárd USD-t. De 2018-ban a NASA két fő fejlesztés alatt álló csillagászati ​​projektje olyan problémákkal szembesült, amelyek visszahatnak ezekre a javaslatokra: a JWST infravörös teleszkóp továbbra is költségvetési túllépést szenved el (a költség az eredet óta 8-zal szorozva meghaladja a 8 milliárd USD-t) és a naptár ( 10 év időeltolódás), míg a WFIRST költségei is megduplázódnak, 2 milliárd dollárról 2018-ra 4 milliárdra. Ebben az összefüggésben a NASA további2018. júniusa négy csapatnak, hogy tegyenek javaslatot projektjük két változatára: az első változat nem veszi figyelembe a költségvetési korlátokat, míg a másodiknak három és öt milliárd dollár közötti keretbe kell illeszkednie. A négy tanulmány 2019 nyarán zárul le. Várhatóan azok tartalmát figyelembe veszi a NASA tízéves jelentése, amely meghatározza a 2025-2035 évtized prioritásait és amelyet 2020 tavaszán tesznek közzé. , amely a csillagászok és asztrofizikusok közösségének elvárásait szintetizálja, ajánlhat egy projektet, de fel is adhatja e nagy teleszkópok fejlesztését, hogy ne essen vissza a JWST projekt hibáiba .

A küldetés céljai

A HabEx egy 4 méter átmérőjű elsődleges tükörrel ellátott optikai távcső, amely képeket és spektrumokat hoz létre az ultraibolya , látható fényben és az infravörös közelségben . Átveszi javításával őket a képességeit a Hubble Space Telescope .

A HabEx távcső tudományos célkitűzései a következők:

Technikai sajátosságok

Az alapkonfigurációjú távcső tömege megközelítőleg 18,55 tonna, beleértve 4,9 tonnát a peronra, 2,3 tonna hajtóanyagot és 7,9 tonnát a hasznos teherre (optika és tudományos műszerek.

Energiáról napelemek alkotják hármas csomópont GaAs napelemek amelynek szolgáltatnia kell 7 kilowatt hatalomra a hőszabályozás rendszer (a legnagyobb fogyasztó 3650 watt) és a tudományos műszerek (45-550 watt), figyelembe véve a bomlás sejtek a misszió 20 éve alatt. A napelemek rögzítettek és integráltak a távcsővel. Az optikai cső mentén és a távcső hátoldalán helyezkednek el. Felületüknek 39 m² körül kell lennie, figyelembe véve a 29,5% -os hatékonyságot és a napsugárzás 40% -os előfordulását a panelekre merőleges tengelyhez viszonyítva. Két lítium-ion akkumulátor tárolja az energiát, amelynek kapacitása 66 Ah.

A meghajtást két rendszer látja el. Az elsődleges rendszer rakéta hajtóanyagok folyékony mono- hajtóanyag . Van egy fő rakéta motor egy tolóerő 445 newton a tolóerő , négy 22N motorokat használnak, hogy ellenőrizzék az irányt, amikor a fő motor működik, és 16 kisebb tolóerő hozzáállás ellenőrzés. A HabEx 2280 kilogramm hidrazint hordoz, amelyet a fő manőverekhez használnak, amelyek lehetővé teszik a teleszkóp helyzetének visszaállítását, a pálya karbantartását és az attitűd korrekcióját. A második rendszert 8 kolloid mikrotrúd alkotja (100 mikronwton nagyságrendű tolóerő, amely állandóan működni fog, hogy elsősorban a napfotonok nyomását kompenzálja. Ezeket a tolóerőket az Európai Űrügynökség látja el, amely már használta őket a a Identikus kontextus a kísérleti LISA Pathfinder műholddal Ezek a mikrotológépek lehetővé teszik a helyzetszabályozó rendszer működését rezgést generáló reakciókerék nélkül.

A távközlési rendszer tartalmaz egy adóvevő, amely lehetővé teszi az űrteleszkóp kommunikálni az S-sáv a külső koronográfot sebességgel 100 bit másodpercenként keresztül lapantenna és egy olyan rendszert, amely lehetővé teszi a tudományos adatok cseréjét Föld megszakítása nélkül az adatokat. Megfigyelések előrehalad. Az adatcserék Ka sávban zajlanak az optikai cső két oldalán rögzített két elektronikus letapogató antennán keresztül . Ez az antennaválasztás lehetővé teszi a rádióadások irányítását a Föld felé anélkül, hogy bármilyen mechanikus eszköz rázkódást generálna. Két kis nyereségű antenna szinte teljes égbolt-lefedettséget biztosít az X-sávban a parancsok és a telemetria átviteléhez . A átváltási árfolyam 6,5 megabit / másodperc Ka sávban, és 100 kilobit per másodperc X sávban.

Optikai rész

A távcső optikai része anasztigmatikus típusú , három tengelyen kívüli tükörrel, 4 méteres elsődleges tükörrel, méretét azért választják, mert lehetővé teszi egy földi típusú exobolygó azonosítását, és egy 45 centiméteres másodlagos tükröt, amely 2,5 tengely méter, hogy ne takarja el a látómező egy részét. A harmadlagos tükör átmérője 68 centiméter. A 9 m gyújtótávolság (f / 2,25) kompromisszum a súlykorlátozások (a hosszabb gyújtótávolság nagyobb tömeget jelent) és a koronográf kontrasztigénye között, amelyek nem túl rövid gyújtótávolságot írnak elő. A műszert ultraibolya , látható fény , ultraibolya és közeli infravörös (0,115–2,5 mikron) megfigyelésére tervezték . A működtetők lehetővé teszik az elsődleges és a másodlagos tükrök helyzetének beállítását helyzetük beállításához, figyelembe véve azokat a változásokat, amelyek az indítás után a távcső űrben való expozíciójához kapcsolódó hőváltozások miatt következtek be. Lézer szenzorokkal mérik az optikai részen átesett deformációkat és meghatározzák az elvégzendő korrekciókat.

Belső vagy külső koronográf ( csillagárnyék )

A legteljesebb teleszkóp-konfiguráció magában foglalja a hagyományos belső koronográfot és a távcsőtől több tízezer kilométerre elhelyezett külső koronográfot ( csillagárnyékot ). Ez utóbbi eszközt egyelőre egyetlen űrtávcső sem valósította meg, de a NASA- n belül sok kutatás tárgyát képezte (különösen az Új Világok Missziója keretében ), és az űrügynökségen belül folyamatban van egy projekt, amelynek célja ennek az érettségi szintnek az emelése. technológia 2023-ig 5- re (jelentős környezetben érvényesített technológia). Mindkét konfiguráció előnyöket és hátrányokat kínál, és mindegyik különösen jól alkalmazható bizonyos típusú megfigyelésekhez.

A külső koronográf jellemzői

A külső koronográf maga a koronográfból (2,1 tonna) és egy 2,5 tonnás platformból áll, amely hasonló a műholdhoz. A platform magában foglal egy vegyes meghajtású rendszert, amely ionmotorokból áll, amelyeket a koronográf helyzetének megváltoztatásához használnak, amikor a teleszkóp egy új csillag felé mutat, és a folyékony hajtóanyag meghajtását, amely 12 motor 22 newton nyomóerőt tartalmaz a pálya korrekciójához és a repülés fenntartásához. a távcső. Hat koronográf mindkét oldalán 0,52 newton tolóerővel és 3000 másodperces fajlagos impulzussal rendelkező ionmotorok vannak elosztva. A platform 2,2 tonna folyékony hajtóanyagot és 3,5 tonna xenont szállít.

Rontott konfigurációkat vizsgáltak

Annak érdekében, hogy a NASA 2025-2035 évtizedbeli prioritásainak meghatározásáért felelős jelentés írói pontosíthassák választásukat, a HabEx projekt 2019-ben közzétett részletes tanulmánya a teleszkóp olcsóbb és kevésbé kockázatos, de kevésbé hatékony változatait kínálja. Ezeket az elsődleges tükör átmérőjének csökkentése - 4 méter (javasolt konfiguráció), 3,2 méter és 2,4 méter - és a fedélzeti koronográf típusainak - belső és külső koronográf (javasolt konfiguráció), csak a belső koronográf - kombinálásával határozták meg. csak külső koronográf. Ezt a 8 leromlott konfigurációt összehasonlították a tudományos célkitűzésekkel annak meghatározása érdekében, hogy mennyiben tették lehetővé teljes, részleges vagy egyáltalán nem elérhető elérést. A teljes konfiguráció mellett két lebontott konfiguráció volt részletesebben részletezve a vizsgálatban: a 4C (csak 4 méteres tükör és belső koronográf) és a 3.2S (3,2 méteres tükör és csak a külső koronográf).

Hangszerek

A HabEx távcső négy műszert hordoz:

A misszió lebonyolítása

Ha a projekt A fázisa 2025-ben kezdődik, a HabEx bevezetése 2039-ben (fejlesztési időszak 15 év) történhet. Az elsődleges küldetés időtartama 5 év, a fogyóeszközök (hajtóanyagok) mennyisége pedig 10 évig garantálja a működést. A távcsövet úgy tervezték, hogy karbantartást nyújtson élettartama alatt. Az űrtávcsövet a Föld-Nap rendszer Lagrange  L 2 pontja körül keringenék . Ez az űrpont, amely a Földtől folyamatosan 1,5 millió kilométerre helyezkedik el, lehetővé teszi számunkra, hogy a stabil termikus környezetből profitálhassunk bolygónk jelentős akadályozása nélkül, miközben a nagy sebességgel kompatibilis távolságban maradunk az adatátvitelhez. A Föld távoli elhelyezkedése (a Föld-Hold távolság négyszerese) ellenére a távcsövet úgy tervezik, hogy egy olyan élő emberi személyzet képes legyen fenntartani, mint a Hubble, amely azonban csak 800 kilométerre van. A Habex-et az indító óriás Space Launch System (SLS) állítja pályára, míg a külső koronát a Falcon Heavy rakéta indítja a SpaceX-be .

Elsődleges küldetése során a megfigyelési idő 50% -át a projekten kívüli kutatók számára tartják fenn, akiknek kéréseit tudományos bizottság (Guest Observer Program) választotta ki.

Hivatkozások

  1. (Es) Daniel Marin, "  LUVOIR: un telescopio espacial gigante para estudiar el Universo  " , Eureka , The Planetary Society ,2019. augusztus 27
  2. (a) Loren Grush, „  NASA jövőbeli űrtávcső költségeit korlátok közepette késések és bizonytalanság Mission költségvetés  ” a The Verge ,2018. június 5
  3. (in) Lori Keesey, "a  NASA csapatai tanulmányozzák az ügynökség asztrofizika jövőjét; kezelése félelmetes technológiai kihívásokkal  ” , a Phys Org ,2018. április 24
  4. Remy Decourt, "  A jövő űrmegfigyelői : a NASA már dolgozik rajta  " , a Futura Sciences címen ,2018. május 19
  5. (in) Monica Young, "  A csillagászok álom Big Four Tekintsük Future Űrtávcsövei  " , a Sky and Telescope ,2019. május 31
  6. (in) "  Science  " on Habex , Jet Propulsion Laboratory (hozzáférés: 2019. szeptember 7. )
  7. Lakható Exoplanet Obszervatórium zárójelentése , p.  ES-2
  8. Lakható Exoplanet Obszervatórium zárójelentése , p.  ES-2 és ES-3
  9. Habitable Exoplanet Observatory zárójelentése , p.  6-63
  10. Habitable Exoplanet Observatory zárójelentése , p.  6-64-től 6-65-ig
  11. Lakható Exoplanet Obszervatórium zárójelentése , p.  6-65-től 6-66-ig
  12. Lakható Exoplanet Obszervatórium zárójelentése , p.  5-17 és 6-4
  13. Habitable Exoplanet Observatory zárójelentése , p.  11-2
  14. Habitable Exoplanet Observatory zárójelentése , p.  13-2
  15. Lakható Exoplanet Obszervatórium zárójelentése , p.  7-17
  16. Habitable Exoplanet Observatory zárójelentése , p.  ES-10 és ES-11
  17. Habitable Exoplanet Observatory zárójelentése , p.  ES-6, ES-8
  18. Lakható Exoplanet Obszervatórium zárójelentése , p.  ES-5

Bibliográfia

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

Külső linkek