Esta ilustración muestra un radiotelescopio conceptual en un cráter lunar en el lado oscuro de la Luna. El concepto se está estudiando con fondos de subvenciones del programa Conceptos avanzados innovadores de la NASA, pero no es una misión de la NASA. Créditos: Vladimir Vustyansky

Después de años de desarrollo, el proyecto Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) recibió $ 500,000 para respaldar trabajos adicionales al ingresar a la Fase II del programa Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA. Si bien aún no es una misión de la NASA, el LCRT describe un concepto de misión que podría transformar la visión del cosmos de la humanidad.

El objetivo principal del LCRT sería medir las ondas de radio de longitud de onda larga generadas por la Edad Media cósmica, un período que duró unos cientos de millones de años después del Big Bang, pero antes de que aparecieran las primeras estrellas. Los cosmólogos saben poco sobre este período, pero las respuestas a algunos de los mayores misterios de la ciencia pueden estar encerrados en las emisiones de radio de longitud de onda larga generadas por el gas que habría llenado el universo durante ese tiempo.

“Si bien no había estrellas, había mucho hidrógeno durante la Edad Media del universo, hidrógeno que eventualmente serviría como materia prima para las primeras estrellas”, dijo Joseph Lazio, radioastrónomo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California y miembro de el equipo de LCRT. «Con un radiotelescopio suficientemente grande fuera de la Tierra, podríamos rastrear los procesos que conducirían a la formación de las primeras estrellas, tal vez incluso encontrar pistas sobre la naturaleza de la materia oscura».

Los radiotelescopios de la Tierra no pueden sondear este período misterioso porque las ondas de radio de longitud de onda larga de ese momento se reflejan en una capa de iones y electrones en la parte superior de nuestra atmósfera, una región llamada ionosfera. Las emisiones de radio aleatorias de nuestra ruidosa civilización también pueden interferir con la radioastronomía, ahogando las señales más débiles.

Pero en el lado opuesto de la Luna, no hay atmósfera que refleje estas señales, y la Luna misma bloquearía las interferencias de radio de la Tierra. El otro lado lunar podría ser un lugar privilegiado para llevar a cabo estudios sin precedentes del universo temprano.

“Los radiotelescopios de la Tierra no pueden ver ondas de radio cósmicas en longitudes de onda de unos 10 metros [33 pies] o más debido a nuestra ionosfera, por lo que hay una región completa del universo que simplemente no podemos ver”, dijo Saptarshi Bandyopadhyay, tecnólogo en robótica del JPL el investigador principal del proyecto LCRT. «Pero las ideas anteriores de construir una antena de radio en la Luna han requerido muchos recursos y son complicadas, por lo que nos vimos obligados a pensar en algo diferente».

El radiotelescopio conceptual podría construirse a partir de un plato de malla de alambre dentro de un cráter. En esta ilustración, se puede ver el receptor suspendido sobre el plato a través de un sistema de cables anclados en el borde del cráter. Créditos: Vladimir Vustyansky

Construyendo telescopios con robots

Para ser sensible a las longitudes de onda de radio largas, el LCRT debería ser enorme. La idea es crear una antena de más de media milla (1 kilómetro) de ancho en un cráter de más de 2 millas (3 kilómetros) de ancho. Los radiotelescopios de plato único más grandes de la Tierra, como el telescopio esférico de apertura de 500 metros (FAST) en China y el ahora inoperativo de 305 metros de ancho (1000 pies). Observatorio de Arecibo en Puerto Rico: se construyeron dentro de depresiones naturales en forma de cuenco en el paisaje para proporcionar una estructura de soporte.

Esta clase de radiotelescopio utiliza miles de paneles reflectantes suspendidos dentro de la depresión para hacer que toda la superficie del plato refleje las ondas de radio. Luego, el receptor se cuelga a través de un sistema de cables en un punto focal sobre el plato, anclado por torres en el perímetro del plato, para captar las ondas de radio que rebotan en la superficie curva debajo. Pero a pesar de su tamaño y complejidad, incluso FAST no es sensible a longitudes de onda de radio superiores a unos 14 pies (4,3 metros).

Con su equipo de ingenieros, especialistas en robótica y científicos del JPL, Bandyopadhyay condensó esta clase de radiotelescopio hasta su forma más básica. Su concepto elimina la necesidad de transportar material prohibitivamente pesado a la Luna y utiliza robots para automatizar el proceso de construcción. En lugar de utilizar miles de paneles reflectantes para enfocar las ondas de radio entrantes, el LCRT estaría hecho de una fina malla de alambre en el centro del cráter. Una nave espacial entregaría la malla y un módulo de aterrizaje separado depositaría los rovers DuAxel para construir el plato durante varios días o semanas.

DuAxel, un concepto robótico que se está desarrollando en JPL, está compuesto por dos rovers de un solo eje (llamados Axel) que pueden desacoplarse entre sí pero permanecer conectados a través de una atadura. La mitad actuaría como un ancla en el borde del cráter mientras la otra mitad desciende en rápel para hacer el trabajo.

“DuAxel resuelve muchos de los problemas asociados con la suspensión de una antena tan grande dentro de un cráter lunar”, dijo Patrick Mcgarey, también tecnólogo en robótica de JPL y miembro del equipo de los proyectos LCRT y DuAxel. «Los rovers individuales de Axel pueden entrar en el cráter mientras están atados, conectarse a los cables, aplicar tensión y levantar los cables para suspender la antena».

La superficie de la Luna está cubierta de cráteres y una de las depresiones naturales podría proporcionar una estructura de soporte para una antena parabólica de radio. Como se muestra en esta ilustración, los rovers DuAxel podrían anclar la malla de alambre desde el borde del cráter. Créditos: Vladimir Vustyansky

Identificación de desafíos

Para que el equipo lleve el proyecto al siguiente nivel, utilizará los fondos de la Fase II del NIAC para refinar las capacidades del telescopio y los diversos enfoques de la misión mientras identifica los desafíos en el camino.

Uno de los mayores desafíos del equipo durante esta fase es el diseño de la malla de alambre. Para mantener su forma parabólica y el espaciado preciso entre los alambres, la malla debe ser fuerte y flexible, pero lo suficientemente liviana para ser transportada. La malla también debe ser capaz de soportar los cambios bruscos de temperatura en la superficie de la Luna, desde menos 280 grados Fahrenheit (menos 173 grados Celsius) hasta 260 grados Fahrenheit (127 grados Celsius), sin deformarse ni fallar.

Otro desafío es identificar si los rovers DuAxel deben estar completamente automatizados o involucrar a un operador humano en el proceso de toma de decisiones. ¿Podrían complementarse también las DuAxels de construcción con otras técnicas de construcción? Disparar arpones en la superficie lunar, por ejemplo, puede anclar mejor la malla del LCRT, requiriendo menos robots.

Además, aunque el lado oculto lunar es «radio silencioso» por ahora, eso puede cambiar en el futuro. La agencia espacial de China tiene actualmente una misión que explora el lado lejano de la luna, después de todo, y un mayor desarrollo de la superficie lunar podría afectar a posibles proyectos de radioastronomía.

Durante los próximos dos años, el equipo de LCRT trabajará para identificar otros desafíos y preguntas también. Si tienen éxito, pueden ser seleccionados para un mayor desarrollo, un proceso iterativo que inspira a Bandyopadhyay.

“El desarrollo de este concepto podría producir algunos avances significativos en el camino, particularmente para las tecnologías de implementación y el uso de robots para construir estructuras gigantes fuera de la Tierra”, dijo. «Estoy orgulloso de trabajar con este equipo diverso de expertos que inspiran al mundo a pensar en grandes ideas que pueden hacer descubrimientos revolucionarios sobre el universo en el que vivimos».

El NIAC está financiado por la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA, que es responsable de desarrollar las nuevas tecnologías y capacidades transversales que necesita la agencia.

Traducción no oficial del articulo original en Ingles
Créditos: NASA

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