暗い宇宙時代を照らす

この図は、月の裏側にある月のクレーターの概念的な望遠鏡を示しています。 初期段階の概念は、NASAの革新的な高度な概念プログラムからの助成金の下で研究されていますが、NASAの割り当てではありません。 クレジット：Vladimir Vostiansky

初期段階 NASA このコンセプトでは、ロボットが月の裏側のクレーターに金網をピンで留め、宇宙の夜明けを探索するのに役立つ電波望遠鏡を作成するのを見ることができます。

何年にもわたる開発の後、月面クレーター電波望遠鏡（LCRT）プロジェクトは、NASAの革新的な高度な概念（NIAC）プログラムの第2フェーズに入るときに、残業をサポートするために500,000ドルを授与されました。 まだNASAのミッションではありませんが、LCRTは、人類の宇宙観を変える可能性のあるミッションの概念について説明しています。

LCRTの主な目標は、宇宙の暗黒時代によって生成された長波電波を測定することです。この期間は、その後数億年続きました。 大爆発、しかし、最初の星が出現する前に。 宇宙論者はこの時期についてほとんど知りませんが、その時期に宇宙を満たしていたであろうガスによって生成された長波電波放射に限定されるかもしれない科学の最大の謎のいくつかに対する答えを考え出しました。

南カリフォルニアにあるNASAのジェット推進研究所の電波天文学者でLCRTチームのメンバーであるジョセフ・ラツィオは言いました。 「地球から十分に離れた大きさの電波望遠鏡を使えば、最初の星の形成につながるプロセスを追跡でき、暗黒物質の性質の手がかりを見つけることさえできます。」

月の表面はクレーターで覆われており、自然の窪みが電波望遠鏡の皿の支持構造を提供することができます。 この図に示すように、ドクセルトロリーは注ぎ口の端から金網を固定できます。 クレジット：Vladimir Vostiansky

地球上の電波望遠鏡は、当時の長波電波が大気の上部、電離層と呼ばれる領域のイオンと電子の層によって反射されるため、この不思議な時代を探索することはできません。 私たちの騒々しい文明からのランダムな電波放射は、電波天文学にも干渉し、最も弱い信号をあふれさせる可能性があります。

しかし、月の裏側には、これらの信号を反射する大気がなく、月自体が地球の電波のチャタリングを防ぎます。 月の裏側は、初期の宇宙の前例のない研究のための主要な薬である可能性があります。

地球上の電波望遠鏡は約33フィートで宇宙電波を見ることができません [10 meters] Saptarchi Bandiupadhyay、ロボット工学技術者 ジェット推進研究所 そしてLCRTプロジェクトの主任研究員。 「しかし、月に無線アンテナを構築するための以前のアイデアは、リソースを大量に消費し、複雑だったため、別の何かを発明する必要がありました。」

ロボットで望遠鏡を作る

長い電波波長に敏感であるためには、LCRTは巨大でなければなりません。 アイデアは、幅2マイル（3 km）を超えるクレーターに幅0.5マイル（1 km）を超えるアンテナを作成することです。 地球上で最大の単板電波望遠鏡-中国の1,600フィート（500メートル）の500メートルの開口部の球形望遠鏡（FAST）や1,000フィート（305メートル）の幅の球形望遠鏡など現在稼働していないアレシボ天文台はプエルトリコに建てられており、景観の自然なボウルのような窪みの中にあり、支えとなる構造を提供しています。

概念的な電波望遠鏡は、火口内のワイヤー皿から作ることができます。 この図では、銃口の端に固定されたケーブルのシステムを介して、レシーバーが皿の上に吊り下げられているのを見ることができます。 クレジット：Vladimir Vostiansky

このカテゴリーの電波望遠鏡は、くぼみの内側に吊るされた何千もの反射パネルを使用して、皿の表面全体に電波を反射させます。 次に、受信機は、皿の周囲の塔によって固定された皿の上の焦点にあるケーブルのシステムを介してぶら下がって、下の曲面で跳ね返る電波を測定します。 しかし、そのサイズと複雑さにもかかわらず、FASTでさえ14フィート（4.3メートル）を超える電波波長に敏感ではありません。

Bandiopadhyayは、彼のエンジニア、ロボット工学科学者、およびジェット推進研究所の科学者のチームとともに、このクラスの電波望遠鏡を最も単純な形に凝縮しました。 彼らのコンセプトは、重い材料を月に輸送する必要性を排除し、ロボットを使用して建設プロセスを自動化します。 何千もの反射パネルを使用して着信電波の焦点を合わせる代わりに、LCRTは穴の中央にある細い金網で構成されます。 1つの宇宙船がグリッドを接続し、別の着陸船がDuAxelローバーを堆積させて、数日または数週間にわたって皿を作ります。

JPLで開発されているロボットの概念であるDuAxelは、ロープを介して接触したままで互いにねじを緩めることができる2台の一軸ツーリング車両（Axelと呼ばれる）で構成されています。 半分は、他の人が建物を作るために降りるときに、ピットの端でアンカーとして機能します。

「DuAxelは、月のクレーター内にこのような大きなアンテナを吊るすことに関連する問題の多くを解決します」と、JPLのロボット工学技術者でLCRTおよびDuAxelプロジェクトチームのメンバーであるPatrickMcGarryは述べています。 「アクセルローバーは、ワイヤーに取り付けられた状態でクレーターに侵入し、ワイヤーを絞って、ワイヤーを持ち上げてアンテナを吊り下げることができます。」

課題を特定する

プロジェクトを次のレベルに引き上げるために、NIACの第2段階の資金を使用して、望遠鏡の機能とさまざまなミッションアプローチを改善し、その過程で課題を特定します。

このフェーズでチームが直面する最大の課題の1つは、有線ネットワークの設計です。 放物線の形状とワイヤー間の正確な間隔を維持するには、メッシュは強くて柔軟性があり、移動できるほど軽量である必要があります。 グリッドはまた、月の表面の野生の温度の変化に耐えることができなければなりません-マイナス280度から始まります 華氏 （マイナス173度 摂氏）最大260°F（127°C）-ねじれたり故障したりすることはありません。

もう1つの課題は、Doxl化合物を完全に自動化する必要があるのか​​、それとも意思決定プロセスに人的要因を含める必要があるのか​​を判断することです。 DuAxelsビルドは、他のビルドテクノロジーで補完することもできますか？ たとえば、月面に銛を発射すると、LCRTネットワークがより安定し、必要なロボットが少なくなる可能性があります。

また、現在、月の裏側は「電波が静か」ですが、将来変更される可能性があります。 結局のところ、中国宇宙局は現在、月の裏側を探索する使命を持っており、月の表面のさらなる開発は、潜在的な電波天文学プロジェクトに影響を与える可能性があります。

今後2年間で、LCRTチームは他の課題や質問の特定にも取り組みます。 成功した場合、それらは、Bandyopadhyayを刺激する反復プロセスであるさらなる開発のために選択される可能性があります。

「この概念の開発は、特に拡散技術と地球の外に巨大な構造を構築するためのロボットの使用に関して、途中でいくつかの重要なブレークスルーをもたらす可能性があります」と彼は言いました。 「私は、私たちが住んでいる宇宙について画期的な発見をすることができる大きなアイデアについて考えるように世界を鼓舞するこの多様な専門家のチームと協力できることを誇りに思います。」

NIACは、NASAの宇宙技術ミッション局から資金提供を受けています。NASAは、NASAが必要とする新しい包括的な技術と機能の開発を担当しています。