Origins űrtávcső
Origins űrtávcső
űrtávcső
A művész benyomása
| Szervezet | Goddard ( NASA ) |
|---|---|
| Terület | Csillagászat |
| Állapot | Tanulmányozás alatt |
| Más nevek | OST |
| Dob | 2035 körül |
| Indító | Űrhajó rendszer vagy New Glenn |
| Időtartam | 10 év |
| Webhely | https://asd.gsfc.nasa.gov/firs/ |
| Szentmise az induláskor | 12–13 tonna |
|---|---|
| Méretek | 12,7 x 6,3 m. (induláskor) |
| Hozzáállás-ellenőrzés | 3 tengely stabilizálódott |
| Energiaforrás | Napelemek |
| Elektromos energia | 4800 watt |
| Pálya | Kvázi halo pálya |
|---|---|
| Elhelyezkedés | Lagrange L 2 pont |
| típus | anasztigmatikus három tükörrel a tengelyben |
|---|---|
| Átmérő | 5,9 m. |
| Hullámhossz | közepes és távoli infravörös (2,8-588 mikron) |
| MISC-T | Közepes infravörös spektrométer |
|---|---|
| Far-IR | Távol infravörös polariméteres képalkotó |
| OSS | Távol infravörös spektrométer |
Origins űrtávcső , amelyre általában a betűszó OST , egyike a négy tér obszervatóriumok , hogy az űrügynökség USA , a NASA , tervek kidolgozása során a 2025-2035 évtizedben. Az OST-t egy csapat kínálja, amelyet a Goddard Űrrepülési Központ vezet . Az űrtávcsőnek adatokat kell gyűjtenie a közepes és a távoli infravörös (2,8–568 mikron) tartományban, lehetővé téve az élet elemi összetevőinek, a bolygórendszerek kialakulásának, a víz szállíthatóságának a lakható világokban történő transzportjának tanulmányozását. K vagy M típusú csillag körül keringő exobolygók.
Az OST egy nagy (5,9 méter átmérőjű) elsődleges tükörrel van felszerelve, amely nagyon alacsony hőmérsékletre van hűtve, ami lehetővé teszi, hogy ezerszer érzékenyebb legyen, mint elődei ( Spitzer ) a megfigyelt hullámhosszakon. Tudományos céljainak teljesítéséhez a távcsőnek különösen nagy teljesítményű detektorokat kell használnia, amelyek a projekt legfejlettebb szempontját jelentik. Tükörét és detektorait kriorefagyasztókkal 4,5 kelvinre hűtik, lehetővé téve a kriogén folyadékok ( folyékony hélium ) mellőzését , ami korlátozná annak élettartamát. A távcsövet 2039 körül indítanák, és a Lagrange L2 pont körüli pályára állítanák .
Kontextus
Az asztrofizika kiemelt projektjeinek meghatározása a 2025-2035 évtizedre
A tudományos területeken az amerikai űrügynökség , 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. A jelentés elkészítéséhez a NASA finanszírozta négy űrmegfigyelő projekt tanulmányát, amelyet az űrügynökség tagjai, külső kutatók és az ipar képviselői alkottak. Ezek a projektek a következők: LUVOIR , HabEx ( Habitable Exoplanet Imager ), Lynx és OST.
A vizsgált projektek főbb jellemzői a következők:
- A LUVOIR ( nagy UV / optikai / infravörös földmérő ) egy űrteleszkóp, amely az ultraibolya , látható és az infravörös közelségben figyel . Az elsődleges tükör 8 vagy 15 méter, a forgatókönyvtől függően. Az architektúra hasonló a szegmentált tükörrel ellátott JWST-hez, összecsukott helyzetben, valamint nagy hőpajzssal az űrbe. Fő célkitűzései a csillaguk lakható zónájában található exobolygók megfigyelése, valamint a galaxisok kialakulásának és evolúciójának tanulmányozása. Programja hasonló a HabEx programjához, de a 16 m átmérőjű tükröt tartalmazó verzió költsége meghaladja a 16 milliárd dollárt.
- A HabEx ( Habitable Exoplanet Observatory ) egy olyan távcső, amelyet az exobolygók és különösen azok atmoszférájának megfigyelésére terveztek . A megfigyelt sugárzás és a célok közel vannak a LUVOIR-hoz, de az elsődleges tükör átmérője (4 méter a LUVOIR esetében 15 vagy 8 méter) korlátozza a megfigyelhető exobolygók számát. Másrészt ugyanezen okok miatt költsége sokkal alacsonyabb. Az exobolygók megfigyeléséhez a HabEx kétféle koronográfot használ : egy klasszikus koronográfot és egy 52 méter átmérőjű koronográfot, amelyeket a távcsőtől több tízezer kilométerre található műholdra telepítenek. Egy nagyon nagy szerkezet űrben történő elhelyezése, annak és a teleszkóp kialakulási repülése, amelyek nagyon nagy pontosságot igényelnek, első kockázatmentességet jelentenek.
- A Lynx ( röntgenfelvevő ) átveszi az űrtávcsövet a Chandra röntgensugarakkal, amelyeket 1999-ben dobtak piacra, és amelyekre az előző évi jelentésben nem választottak utódot. Lynx célja megfigyelni az univerzum legenergikusabb jelenségei által kibocsátott sugárzást, különös tekintettel a legrégebbi galaxisok szívében elhelyezkedő szupermasszív fekete lyukakra . Ennek elérése érdekében rendelkezik egy olyan műszerrel, amely 0,5 ívmásodperc térbeli felbontású képeket biztosít , ami 50–100-szor jobb, mint a meglévő obszervatóriumok.
- Az alábbiakban részletezett OST ( Origins űrtávcső ) célja annak megfigyelése, hogy a por és a molekulák összecsapódva alkotják az első galaxisokat és az első fekete lyukakat, és hogyan eredményezik a fiatal csillagok körüli protoplanetáris lemezek exobolygók kialakulását. Ennek elérése érdekében az OST a közép- és a távoli infravörös tartományban végzi megfigyeléseit.
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 költségeinek megduplázása 2 milliárd dollárról 4 milliárd dollárra emelkedik 2018-ban. 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 .
Az OST projekt
Az eredetileg Far Infrared Surveyor nevű OST megfigyeli a közepes és a távoli infravörös (5–600 mikron) értéket, és mint ilyen kitölti a JWST (közeli és közepes infravörös) és a Chilébe telepített submilliméteres obszervatórium ALMA között fennálló rést . Első változatában az OST-t 9,1 méter átmérőjű tükörrel kínálták. Ezt később 5,9 méterre csökkentették, és a JWST (tükröt és hőpajzsot a pályára állítva) architektúráját elvetették egy egyszerűbb architektúra alapján, amely a Spitzer mintájára készült, de kriogén folyadéktól nem függött a tükör és a műszerek alacsony hőmérsékleten tartása. .
Az OST tudományos célkitűzései
Az OST az élet elemi alkotóelemeinek létrehozását és eloszlását, a bolygórendszerek kialakulását, a víz szállítható világokba való szállítását és a K vagy M típusú csillag körül keringő exobolygók légkörének tanulmányozását jelenti . A cél a potenciálisan lakható és esetleg lakott világok azonosítása. Az OST a NASA által meghatározott kilenc tudományos célból hármat foglalkozik:
- Hogyan formálták a galaxisok a csillagokat, generáltak fémet és növelték a központi szupermasszív fekete lyukat a reionizációtól napjainkig?
- Hogyan tette a bolygók kialakulásának folyamata lakhatóvá?
- Lehetnek-e az M típusú törpe csillagok életet rejtő bolygókkal?
Technikai sajátosságok
Főbb jellemzői
Az OST teleszkópot közepes és távoli infravörös (3–250 mikron) infravörös tartományban történő megfigyelésre tervezték , amely az optikai rész és a műszerek hőmérsékletét nagyon alacsonyra teszi. Ennek elérése érdekében az OST a Spitzer viszonylag egyszerű architektúráját használja (indítás gyakorlatilag működési konfigurációban), miután kezdetben mérlegelte a JWST (az űrben elhelyezett tükör és hőpajzs) architektúrájának elfogadását. Az infravörös közepes hőmérséklet által előidézett nagyon alacsony hőmérséklet elérése érdekében az optikát teljesen kettős hőpajzsba burkolják, amely lehetővé teszi hőmérsékletének 35 Kelvin alatt tartását . Ezt a kettős pajzsot 1,2 méter választja el a hordótól, amint a távcső az űrben van. Az 5 méternél nagyobb átmérőjű távcső az indítástól kezdve működési helyzetében van, hogy elkerülje az olyan komplex telepítést, mint amilyen a JWST. A teleszkóp indításakor a teljes méret 12,7 méter (hosszúság) és 6,3 méter (átmérő). A több mint 6 méter átmérő az indításkor egy olyan választás, amelyet a 2030-as évek során számos 5 m-nél nagyobb átmérőjű (különösen SLS : 8,4 méter) átmérőjű burkolattal felszerelt hordozórakéta fejlesztett . A bevetés után az űrben az OST átmérője megközelítőleg 9 méterre nő. Az optikai részt és a műszereket 4,5 kelvin hőmérsékleten tartják, hogy elérjék a távoli infravörös tartományban megcélzott teljesítményt. Ezt a hűtést, valamint a detektorok hűtését hűtőberendezésekkel hajtják végre, lehetővé téve a kriogén folyadékok (hélium) elhagyását, ami korlátozná az élettartamot. A krio-hűtőszekrény technológia kiforrott, mivel hasonló berendezéseket telepítettek a JWST távcső MIRI műszerére és a japán Hitomi távcsőre .
Optikai
A távcső optikai része anasztigmatikus típusú , tengelyében három tükör található. A tükrök tengelyének beállításának megválasztása lehetővé teszi a kompaktabb és olcsóbb távcső használatát. Az elsődleges tükör átmérője 5,9 méter (területe 25,9 m²) ahhoz, hogy elegendő szögfelbontást érjen el, és 4000 órás megfigyelés után képes legyen elérni a fő tudományos célokat. Nagy mérete ellenére - a legnagyobb elsődleges tükör telepített térben akár JWST, hogy a Hubble (2,4 méter átmérőjű) - az elsődleges tükör működési helyzetben (hajtogatás) a bevezetés. Ez a tükör nem monolitikus, de 18 szegmensből áll pite szeletek formájában: egy belső (1,2 méteres sugarú) 6 szegmensből és egy külső sorból (1,29 m sugarú) 12 szegmensből áll. A szegmensek berilliumból készülnek (sűrűség 1,85). Az elsődleges tükör tömege körülbelül 427 kg. A kör alakú másodlagos (70 centiméter átmérőjű) tükör 3,33 méterre helyezkedik el az elsődleges tükörtől (f / 0.63 gyújtótávolság).
Felület
Az emelvényt az optikai rész hátuljához egy két gerendából (kétlábúakból) álló szakasz alkotja, amely a két részegység közötti hőszigetelésért felel: az emelettel érintkező gerendák első szakasza 35 ° C-on tartja a hőmérsékletet. kelvin, az optikai rész alapjával érintkező második hőmérsékletét 4,5 kelvin hőmérsékleten tartja. A platform támogatja az áramellátást, a hővezérlést, a helyzetszabályozást, a meghajtást és az adatátvitelt. Ez stabilizált 3 tengely . Az energiát állítható napelemek biztosítják , bizonyos fokú szabadsággal . A meghajtás két hajtóanyagú folyékony hajtóanyag rakétamotort használ .
Hangszerek
Az OST távcső három műszert hordoz:
- A MISC-T ( Mid-Infrared Spectrometer and Camera Transit ) egy közép-infravörös spektrométer (2,8 - 20 mikron), 50–300 spektrális felbontással. Stabilitása és pontossága lehetővé teszi a tranzitok azonosítását, amint a fényerő 5 egymillió rész 2,8 és 10 mikron közötti frekvenciákban.
- A Far-IR egy távoli infravörös polariméteres képalkotó, amely 50 és 250 mikron hullámhosszon működik. Gyorsan megfigyelheti (60 ív másodpercenként) az ég nagy részeit (> = 1000 fok²). Ez a kapacitás lehetővé teszi az átmeneti jelenségek vagy a változó források nyomon követését, valamint a tárgykategóriák statisztikai tanulmányozását az ég hatalmas területein, ezzel kiegészítve az LSST és a WFIRT által elvégzendő tanulmányokat.
- Az OSS ( Origins Survey Spectromete ) egy infravörös spektrométer, amely a 25-555 mikronos frekvenciasávot lefedő spektrumokat kap, lehetővé téve a távoli galaktikus tér háromdimenziós vizsgálatát.
A misszió lebonyolítása
Ha a projekt A fázisa 2025-ben kezdődik, akkor a bevezetésre 2039-ben kerülhet sor (a fejlesztés időtartama 15 év). 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 L2 Lagrange-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. OST is indított a hatalmas launcher Space Launch System (SLS), vagy az Új Glenn rakéta re Blue Origin .
Hivatkozások
- (Es) Daniel Marin, " LUVOIR: un telescopio espacial gigante para estudiar el Universo " , Eureka , The Planetary Society ,2019. augusztus 27
- (a) Loren Grush, „ NASA jövőbeli űrtávcső költségeit korlátok közepette késések és bizonytalanság Mission költségvetés ” a The Verge ,2018. június 5
- (in) Lori Keesey, "a NASA csapatai tanulmányozzák az ügynökség asztrofizika jövőjét; kezelése félelmetes technológiai kihívásokkal ” , a Phys Org ,2018. április 24
- Remy Decourt, " A jövő űrmegfigyelői : a NASA már dolgozik rajta " , a Futura Sciences címen ,2018. május 19
- (in) Monica Young, " A csillagászok álom Big Four Tekintsük Future Űrtávcsövei " , a Sky and Telescope ,2019. május 31
- (in) Jeff Foust, " kiválasztása a következő nagy tér obszervatórium " on thespacereview.com ,2019. január 21
- Origins űrtávcső: Missziós koncepció tanulmányi jelentés , p. ES-1 és ES-2
- Origins Űrtávcső: Missziós koncepció tanulmányi jelentés , p. 2-2-től 2-5-ig.
- Origins Űrtávcső: Missziós koncepció tanulmányi jelentés , p. 2-17-től 2-28-ig
- Origins űrtávcső: Missziós koncepció tanulmányi jelentés , p. ES-7-ES-9
- Origins Űrtávcső: Missziós koncepció tanulmányi jelentés , p. ES-9
Bibliográfia
- en) OST munkacsoport, Origins Űrtávcső: Missziós koncepció tanulmányi jelentés , NASA,2019, 376 p. ( online olvasás ) - Az OST munkacsoport jelentése 2019-ben jelent meg