A humanidade nunca viu o céu de rádio de baixa frequência. Está escondido dos telescópios terrestres pela ionosfera da Terra e é difícil de aceder a partir do espaço com missões tradicionais porque os longos comprimentos de onda envolvidos (escala de metro a quilómetro) requerem telescópios inviavelmente massivos para ver com clareza.



A radiação eletromagnética nessas baixas frequências carrega informações cruciais sobre os campos magnéticos exoplanetários e estelares (um ingrediente chave para a habitabilidade), o meio interestelar/intergaláctico e as primeiras estrelas e galáxias.

O Grande Observatório de Comprimentos de Onda Longos (GO-LoW) propõe um conjunto interferométrico de milhares de SmallSats idênticos em um ponto Lagrange Terra-Sol (por exemplo, L5) para medir os campos magnéticos de exoplanetas terrestres através de detecções de suas emissões de rádio em frequências entre 100 kHz e 15 MHz. Cada espaçonave carregará uma inovadora antena de sensor vetorial, que permitirá o primeiro levantamento de campos magnéticos exoplanetários em 5 parsecs.

Afastando-se da abordagem tradicional de uma única espaçonave grande e cara (ou seja, HST, Chandra, JWST) com muitos pontos únicos de falha, propomos um Grande Observatório interferométrico composto por milhares de nós pequenos, baratos e facilmente substituíveis.

A interferometria, uma técnica que combina sinais de muitos receptores separados espacialmente para formar um grande telescópio "virtual", é ideal para a astronomia de comprimentos de onda longos. Os sistemas individuais de antena/receptor são simples, não são necessárias grandes estruturas e o grande espaçamento entre os nós fornece alta resolução espacial.

Em nosso estudo de Fase I, descobrimos que uma arquitetura de constelação híbrida era mais eficiente. Nós pequenos e simples de "ouvinte" (LNs) coletam dados brutos de rádio usando uma antena de sensor vetorial implantável. Um pequeno número de nós de "comunicação e computação" (CCNs) maiores e mais capazes coletam dados de LNs por meio de uma rede de rádio local, realizam processamento de formação de feixe para reduzir o volume de dados e, em seguida, transmitem os dados para a Terra por meio de óptica de espaço livre (lasercomm). .

A correlação cruzada dos dados formados por feixe é realizada na Terra, onde os recursos computacionais não são fortemente restritos. Os CCNs também são responsáveis ​​pelo gerenciamento da constelação, incluindo distribuição e alcance de tempo. O estudo da Fase I também mostrou que a arquitetura LN-CCN otimiza a eficiência do empacotamento, permitindo que um pequeno número de veículos de lançamento superpesados ​​(por exemplo, Starship) implantem toda a constelação em L4.

O estudo da Fase I mostrou que a principal inovação do GO-LoW é o “sistema de sistemas”. A tecnologia necessária para cada peça individual do observatório (por exemplo, lasercomm, CubeSats, alcance, cronometragem, transferência de dados, processamento de dados, propagação de órbita) não é um grande salto em relação ao estado da arte atual, mas a coordenação de todos esses elementos físicos , produtos de dados e sistemas de comunicação é novo e desafiador, especialmente em escala.

No estudo proposto, iremos

1. Desenvolva uma simulação multiagente em tempo real da constelação GO-LoW que demonstre a arquitetura de operações autônomas necessária para alcançar uma grande constelação (até 100k) fora da órbita da Terra
2. Continuar a refinar o caso científico e os requisitos simulando os resultados científicos da constelação e avaliando as principais fontes de erros informadas pela simulação em tempo real
3. Desenvolver modelagem orbital apropriada para avaliar os requisitos de propulsão para manutenção de estação em um ponto de Lagrange estável
4. Refinar ainda mais o roteiro tecnológico necessário para tornar o GO-LoW viável nos próximos 10 a 20 anos.

GO-LoW representa um novo paradigma disruptivo para missões espaciais. Ele alcança confiabilidade por meio de redundância massiva, em vez de testes extensivos. Ele pode evoluir e crescer com novas tecnologias, em vez de ficar preso a um ponto fixo no desenvolvimento de hardware/software.

Finalmente, promete abrir uma nova janela espectral no universo onde certamente aguardam descobertas imprevistas.

Fornecido pela NASA