Плани NASA щодо створення Обсерваторії населених світів

Обсерваторія населених світів (HWO) стає все більш актуальною темою в астрономії. За останні кілька років проект пройшов шлях від початкової пропозиції до детального плану, що визначає, як саме нова обсерваторія повинна вивчати та характеризувати потенційно населені екзопланети. У серпні 2024 року NASA заснувала Офіс проекту технологічного розвитку HWO (TMPO), щоб координувати технологічний та науковий розвиток, необхідний для успіху місії. Нещодавно була опублікована детальна програма перших кроків цього процесу в попередній формі на arXiv, яка чітко окреслює, що необхідно зробити до Огляду концепції місії (MCR) наприкінці десятиліття.

NASA відома своїм використанням рівнів готовності технологій (TRL), і TMPO структуризував свій звіт на основі підвищення трьох "треків" до TRL 5 до MCR. Це означає, що технології повинні бути перевірені "в релевантному середовищі", що стане зрозумілим після пояснення самих технологій.

Першим елементом є коронограф телескопа. HWO спроектовано для спостереження за надзвичайно яскравими зірками та спроби виявити супутні планети. Для цього необхідно блокувати світло від зірки, щоб зосередитися на світлі від планети. Інструмент коронографа (CI) призначений для того, щоб пригнічувати світло зірки до рівня 10^-10, навіть у дуже близькій відстані до зірки.

Щоб досягти цього, система планує використовувати "деформоване дзеркало" в поєднанні з масивом з 96x96 лінійних актуаторів, які можуть контролювати поверхню дзеркала з точністю до пікометра. Ключовим є те, що ці актуатори повинні бути надзвичайно надійними, мати високу позиційну точність і не виходити з ладу під впливом жорсткого радіаційного середовища космосу. Світло, що проходить через ці деформовані дзеркала, буде захоплюватися надчутливими детекторами, такими як електронно-помножувальні зарядові пристрої (EMCCDs) або потенційно надпровідні квантові сенсори, які мають високу квантову ефективність і практично нульовий фоновий шум.

Другий важливий аспект стосується точності позиціонування телескопа. Якщо телескоп не зможе підтримувати таку ж точність, то коронограф не матиме сенсу. Він повинен зберігати цю точність протягом години або навіть днів, оскільки спостереження, які HWO має виконати, заплановані на тривалий час.

Однією з найскладніших характеристик у цій другій категорії технологій є термічне розширення, коли компоненти телескопа розширюються або скорочуються під впливом температури. Для боротьби з цим HWO буде мати потужну активну термоконтрольну систему, використовувати матеріали з низьким коефіцієнтом термічного розширення (CTE), такі як Corning ULE або Schott Zerodur, а також систему управління, яка зможе використовувати мікро-реактиви, вібраційну ізоляцію та навіть власні автономні дзеркала для підтримання стабільності космічного апарата.

Усі ці налаштування дозволять виконати завдання найважливіших компонентів — сенсорів. HWO не лише буде полювати на екзопланети, але й виконуватиме функції наступного покоління астрофізичної обсерваторії. Щоб відповідати вимогам звіту Astro2020, який ініціював проект HWO, місія повинна мати чутливість у діапазонах довжин хвиль від ближнього інфрачервоного до далекого ультрафіолетового.

Для досягнення цих вимог потрібно розробити нові покриття для дзеркал, які можуть бути рівномірно нанесені на всі дзеркала місії. Також знадобляться вдосконалені технології, такі як детектори великого формату UV, масиви мікрошторок наступного покоління (NGMAs) та цифрові мікрозеркальні пристрої (DMDs), які вимагатимуть значного розвитку перед тим, як вони будуть готові до використання в місії Великої обсерваторії.

Для переходу до "прем'єрного часу" буде використовуватися метод "повзти-ходити-бігти", згідно з документом. На щастя, в цій сфері є певний "спадок" — особливо досвід, отриманий під час розробки (і затримок) телескопа Джеймса Вебба та майбутнього телескопа Ненсі Грейс Роман. Але, можливо, найважливішим для наступного кроку TRL є випробувальні платформи, призначені для використання в місії HWO.

Як зазначалося, TRL 5 вимагає доведення того, що система працює в релевантному середовищі. Але створити середовище, схоже на космічне, на Землі не так вже й просто. Інженери HWO планують використовувати сучасні випробувальні платформи, такі як коронограф для зображення екзопланет (EPIC-5) та спеціально спроектовану тестову платформу систем HWO (HOST), яка призначена для перевірки взаємопов'язаних систем, необхідних для роботи всієї обсерваторії.

Команди інженерів і науковців мають кілька років до критичного MCR, на якому NASA та її партнери можуть скасувати весь проект, якщо його етапи не виконуються. Команди проекту вже почали міжнародний аспект дизайну місії, запланувавши конференцію на кінець цього року, присвячену технологіям HWO. Звіт TMPO, ймовірно, стане основним документом для цих обговорень і, сподіваємося, слугуватиме основою для технічного розвитку нашої наступної Великої обсерваторії.