Após anos de desenvolvimento, o projeto Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) recebeu US $ 500, 000 para apoiar o trabalho adicional à medida que entra na Fase II do programa Innovative Advanced Concepts (NIAC) da NASA. Embora ainda não seja uma missão da NASA, o LCRT descreve um conceito de missão que pode transformar a visão da humanidade do cosmos.

O objetivo principal do LCRT seria medir as ondas de rádio de longo comprimento de onda geradas pela Idade das Trevas cósmica - um período que durou algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang, mas antes que as primeiras estrelas passassem a existir. Os cosmologistas sabem pouco sobre este período, mas as respostas para alguns dos maiores mistérios da ciência podem estar presas nas emissões de rádio de longo comprimento de onda geradas pelo gás que teria enchido o universo durante aquele tempo.

"Embora não houvesse estrelas, havia bastante hidrogênio durante a Idade das Trevas do universo - hidrogênio que acabaria por servir como matéria-prima para as primeiras estrelas, "disse Joseph Lazio, radioastrônomo do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia e membro da equipe do LCRT. "Com um radiotelescópio suficientemente grande fora da Terra, poderíamos rastrear os processos que levariam à formação das primeiras estrelas, talvez até encontre pistas sobre a natureza da matéria escura. "

Os radiotelescópios na Terra não podem sondar este período misterioso porque as ondas de rádio de longo comprimento de onda daquela época são refletidas por uma camada de íons e elétrons no topo da nossa atmosfera, uma região chamada ionosfera. Emissões de rádio aleatórias de nossa civilização barulhenta podem interferir na radioastronomia também, abafando os sinais mais fracos.

Mas do outro lado da Lua, não há atmosfera para refletir esses sinais, e a própria Lua bloquearia a vibração do rádio da Terra. O outro lado lunar pode ser um terreno privilegiado para a realização de estudos sem precedentes do universo primitivo.

"Os radiotelescópios na Terra não conseguem ver ondas de rádio cósmicas a cerca de 10 metros ou mais por causa da nossa ionosfera, então há toda uma região do universo que simplesmente não podemos ver, "disse Saptarshi Bandyopadhyay, um tecnólogo em robótica no JPL e o pesquisador líder no projeto LCRT. "Mas as ideias anteriores de construir uma antena de rádio na Lua exigiam muitos recursos e eram complicadas, então fomos compelidos a inventar algo diferente. "

Construindo telescópios com robôs

Para ser sensível a comprimentos de onda de rádio longos, o LCRT precisaria ser enorme. A ideia é criar uma antena com mais de meia milha (1 quilômetro) de largura em uma cratera com mais de 2 milhas (3 quilômetros) de largura. Os maiores radiotelescópios de antena única da Terra, como o 1, Telescópio esférico de abertura de 500 metros (600 pés) (FAST) na China e o agora inoperante 1, Observatório Arecibo de 305 metros de largura, em Porto Rico - foram construídos dentro de depressões naturais em forma de tigela na paisagem para fornecer uma estrutura de suporte.

Esta classe de radiotelescópio usa milhares de painéis refletivos suspensos dentro da depressão para tornar toda a superfície do prato refletiva às ondas de rádio. O receptor então fica pendurado por meio de um sistema de cabos em um ponto focal sobre o prato, ancorado por torres no perímetro do prato, para medir as ondas de rádio refletindo na superfície curva abaixo. Mas apesar de seu tamanho e complexidade, mesmo o FAST não é sensível a comprimentos de onda de rádio maiores do que cerca de 14 pés (4,3 metros).

Com sua equipe de engenheiros, roboticistas, e cientistas do JPL, Bandyopadhyay condensou essa classe de radiotelescópio em sua forma mais básica. Seu conceito elimina a necessidade de transportar material proibitivamente pesado para a Lua e utiliza robôs para automatizar o processo de construção. Em vez de usar milhares de painéis reflexivos para focalizar as ondas de rádio que chegam, o LCRT seria feito de malha de arame fino no centro da cratera. Uma espaçonave entregaria a malha, e uma sonda separada depositaria os rovers DuAxel para construir a antena por vários dias ou semanas.

DuAxel, um conceito robótico sendo desenvolvido no JPL, é composto de dois rovers de eixo único (chamados de Axel) que podem se desencaixar, mas permanecem conectados por meio de uma corda. Metade atuaria como uma âncora na borda da cratera enquanto a outra descia para fazer a construção.

"DuAxel resolve muitos dos problemas associados à suspensão de uma antena tão grande dentro de uma cratera lunar, "disse Patrick Mcgarey, também tecnólogo em robótica no JPL e membro da equipe dos projetos LCRT e DuAxel. "Rovers individuais Axel podem entrar na cratera enquanto estão amarrados, conectar aos fios, aplique tensão, e levante os fios para suspender a antena. "

Identificando desafios

Para que a equipe leve o projeto para o próximo nível, eles usarão o financiamento da Fase II do NIAC para refinar as capacidades do telescópio e as várias abordagens de missão enquanto identificam os desafios ao longo do caminho.

Um dos maiores desafios da equipe durante essa fase é o desenho da tela de arame. Para manter sua forma parabólica e espaçamento preciso entre os fios, a malha deve ser forte e flexível, ainda leve o suficiente para ser transportado. A malha também deve ser capaz de suportar as mudanças bruscas de temperatura na superfície da Lua - de menos 280 graus Fahrenheit (menos 173 graus Celsius) até 260 graus Fahrenheit (127 graus Celsius) - sem empenar ou falhar.

Outro desafio é identificar se os rovers DuAxel devem ser totalmente automatizados ou envolver um operador humano no processo de tomada de decisão. A construção DuAxels também pode ser complementada por outras técnicas de construção? Atirando arpões na superfície lunar, por exemplo, pode ancorar melhor a malha do LCRT, exigindo menos robôs.

Também, enquanto o outro lado lunar está "silencioso" por enquanto, isso pode mudar no futuro. A agência espacial da China tem atualmente uma missão de explorar o outro lado lunar, Afinal, e um maior desenvolvimento da superfície lunar poderia impactar possíveis projetos de radioastronomia.

Pelos próximos dois anos, a equipe do LCRT também trabalhará para identificar outros desafios e questões. Eles devem ter sucesso, eles podem ser selecionados para desenvolvimento posterior, um processo iterativo que inspira Bandyopadhyay.

"O desenvolvimento deste conceito pode produzir alguns avanços significativos ao longo do caminho, particularmente para tecnologias de implantação e uso de robôs para construir estruturas gigantescas fora da Terra, "disse ele." Estou orgulhoso de trabalhar com esta equipe diversificada de especialistas que inspiram o mundo a pensar em grandes ideias que podem fazer descobertas inovadoras sobre o universo em que vivemos. "