za_neptunie (za_neptunie) wrote in engineering_ru,
za_neptunie
za_neptunie
engineering_ru

Возрождение проекта телескопа ATLAST?

размеры зеркал текущих и будущих космических телескопов

  Размеры зеркал текущих и будущих космических телескопов. Источник.

    22
июня английское издание Independent опубликовало интересную заметку. В ней, со ссылкой на еженедельное собрание астрономов в городе Портсмут, сообщается о том, что NASA продолжает разрабатывать проект космического телескопа ATLAST (Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope). Об этом проекте не было ничего слышно последние несколько лет, поэтому необходимо разобраться что это, газетная утка или действительно возрождение крупного астрономического проекта?


  Проект космического телескопа ATLAST был на слуху в 2008-2010 годах, как следующий большой телескоп NASA после космического телескопа Вебб (JWST). В то время NASA разрабатывало программу Созвездие по возвращению человека на Луну. Для этой программы разрабатывалась сверхмощная ракета Арес-5. Поэтому проект оптического телескопа ATLAST разрабатывался сразу в трех вариантах: под существующие ракета-носители и под будущую Арес-5:


  Во-первых, для уже существующего самого мощного американского ракета-носителя тяжелая Дельта-4 разрабатывался вариант с 9.2-метровым раскладным зеркалом.


вариант по тяжелую Дельту-4


Источник.


Во-вторых, для будущей сверхтяжелой ракеты Арес-5 разрабатывалось еще два варианта: с цельным 8-метровым зеркалом и 16-метровым раскладным зеркалом.

все варианты ATLAST


Источник.


Такие варианты связаны с тем, что головной обтекатель на Арес-5 имел диаметр 10 метров. В то время считалось, что ракета начнет запуски в космос к 2018-2020 году.


головной обтекатель Арес-5


  Источник.


 В любом из трех вариантов телескоп ATLAST должен был запущен туда же, что и космический телескоп Вебб, во вторую точку либрации.

основные характеристики


Основные характеристики всех трех вариантов телескопа ATLAST. Источник.


В проекте 16-метровый телескоп, представлял собой после развертывания, очень большую конструкцию, сравнимую по габаритам с космической станцией МКС:


АTLAST-16 после развертывания


В сети есть даже видеоролик (24 МВ) анимации развертывания космического телескопа ATLAST, который дает представление о чудовищной сложности проекта. Кроме того, возможностей ракета-носителя Арес-5 хватало даже для вывода 21 и 24-метрового варианта складного космического телескопа.

АTLAST-21 после развертывания
варианты ATLAST от 10 до 24 метров


  Стоимость 8-метрового варианта оценивалась в 4.5-5 миллиардов долларов. Для более крупных вариантов космического телескопа она не называлась. Основной целью всех вариантов телескопа ATLAST называлось обнаружение и исследование близнецов нашей планеты у ближайших звезд.


количество звезд


Серыми столбцами обозначена зависимость количества звезд FGK-типа, для которых за время экспозиции меньше 500 тысяч секунд возможно получить спектр двойника Земли с SNR=10 и R=70. Зеленым столбцами отмечено сколько этих звезд возможно будет пронаблюдать за 5 лет, как минимум 3 раза (для определения орбиты), при условие выделения на эти наблюдения 80% всего доступного времени. Источник.


  Чувствительности телескопа хватит для обнаружения спектральных линий биомаркеров (кислорода, озона, водного пара) у двойников Земли .


спектр двойника Земли в 10 парсеках

 Теоретический спектр двойника Земли в 10 парсеках от нас, полученный на телескопе ATLAST. Вверху дан спектр с R=100, внизу с R=500. Эти спектры вычислены для 8-метрового варианта со временем наблюдений в 46 и 500 тысяч секунд соответственно. Источник.


 Также планируется, что телескоп даже сможет составить первые карты поверхности таких планет. Дело в том, что планеты с прозрачными атмосферами, по мере вращения вокруг своей оси, изменяют свою яркость. Регистрируя эти изменения, во-первых, можно определить период вращения планеты, а во-вторых, построить простейшие карты поверхности с разной отражающей способностью.

составление первых карт экзопланет



Моделирование фотометрической кривой планеты Земля за 6 дней. Серым отмечено необходимое время для достижения подобной точности фотометрии с SNR=20 в зависимости от расстояния и размера космического телескопа. Источник.


Большим преимуществом 16-метрового варианта является тот факт, что он сможет найти несколько десятков потенциально обитаемых планет в транзитной конфигурации. Это позволит не только определить массу планеты и получить ее спектр, но и определить ее диаметр, а следовательно и среднюю плотность.


прогноз количества транзитных планет


Прогноз количества открытий транзитных потенциально обитаемых планет за 5 лет наблюдений, в зависимости от размера космического телескопа. Источник.


Кроме того, отмечается, что ATLAST будет иметь большие возможности и для изучения ближайших галактик:

локальная Вселенная


Карта локальной Вселенной в радиусе 24 миллионов парсек. Радиусы обозначают возможности обнаружения звезд, похожих на наше Солнце, за 100 часов наблюдений в V и I-фильтре с SNR=5 для разных телескопов. Желтый круг для телескопа Хаббл, оранжевый для телескопа Вебб, зеленый и фиолетовый для 8 и 16-метрового варианта телескопа ATLAST. Гигантские спиральные галактики, наподобие нашей или M31 обозначены синими спиралями. Гигантские эллиптические галактики обозначены оранжевыми эллипсоидами. И наконец, небольшие неправильные галактики отмечены на этой схеме зелеными точками. Источник.


Даже для Солнечной Системы будущий космический телескоп должен стать эффективным исследовательским инструментом:


Веста

Сравнение изображения астероида Веста телескопом Хаббл (слева) и ATLAST (справа). Источник.


Учитывая, что в последние годы развернулось бурное строительство очень крупных наземных телескопов, которые значительно дешевле космических телескопов, авторы телескопа ATLAST, сравнивают его возможности по спектроскопии с 30-метровым наземным телескопом для очень тусклых звезд (от m=24 до m=30 — от 24 до 30 звездной величины).


сравнение с 30-метровым наземным телескопом

Источник.

сравнение с 30-метровым наземным телескопом 2


    Сравнение по спектральной чувствительности различных телескопов для экспозиции в 1 час. Источник.


    В общем, ATLAST по всем параметрам получался фантастически продвинутым телескопом, способным вывести астрономию на совершенно новый уровень. Но, спустя несколько лет, проект тихо исчез из свежих презентаций. Почему? Во-первых, в США разразился финансовый кризис, который повлиял на финансирование космических программ. Во многом, следствием этого, стало закрытие программы Созвездие. Ракета-носитель Арес-5 так и осталась на бумаге. Во-вторых, бюджет проекта космического телескопа Вебб (родоначальника технологии раскрываемого зеркала в космосе) значительно вырос и встал даже вопрос о его закрытие. К счастью, этого не случилось, и запуск телескопа Вебб перенесли с 2014 по 2018 год. А через некоторое время и американская экономика показала признаки выздоровления:


индекс Доу Джонс

Динамика основного американского экономического индикатора Доу Джонса. Источник.


Другим симптомом улучшения финансирования космических программ США стало возобновление разработки NASA сверхтяжелой ракета-носителя SLS (Космические пусковые системы). Эта ракета-носитель также будет обладать большим головным обтекателем, что важно для запуска очень больших космических телескопов.


SLS и другие ракеты NASA


Основные американские ракета-носители. Крайние справа - это два варианта SLS. Источник.


Со временем появились и новые упоминания о будущем большом космическом телескопе после телескопа Вебб. В конце 2013 года NASA опубликовало документ о своей стратегии развития астрофизики в ближайшие 30 лет.


нынешние и будущие астрофизические проекты NASA


  Нынешние и будущие астрофизические проекты NASA. Источник.


  Из этого документа следовало, что после телескопа Вебб, следующим большим оптическим космическим телескопом ожидается LUVOIR Surveyor или Большой ультрафиолетовый/оптический/инфракрасный обозреватель. В документе указано, что этот телескоп будет иметь 8 или 16-метровое зеркало, состоящее из отдельных сегментов. Как несложно заметить, проект LUVOIR Surveyor это фактически аналог прошлого проекта ATLAST. Теперь же в заметке британской газеты (с которой и начался данный рассказ), говорится о 15-метровом космическом телескопе. Более того, теперь его сборка планируется в 2030 году, уже с помощью астронавтов, запускаемых в точку Лагранжа на космическом корабле Орион. Вероятно, в NASA начали понимать всю рискованность сверхдорогих автоматических операций в глубоком космосе без дополнительной возможности подстраховки человеком.


  Конечно, пока можно достаточно скептически подходить к этому проекту, учитывая его фантастическую сложность и стоимость. Тем более, пока финансирование научных программ NASA далеко от идеала (достаточно вспомнить недавнее предварительное решение не продлят работу уникального космического инфракрасного телескопа Спитцер). Но, как говориться, чем черт не шутит. Возможно, читатели этого блога действительно смогут дожить до первых фантастических результатов этого смелого проекта.


Tags: космос, мониторинг, оптика
Subscribe
promo engineering_ru september 27, 2014 22:50 58
Buy for 200 tokens
Приветствую! По просьбе Сергея 22sobaki хотел бы написать о работе инженером в Канаде, по возможности описать канадскую систему лицензирования инженеров, а также просто привести примеры из собственной практики. Пару слов о себе: меня зовут Николай, я инженер-электрик с уклоном в…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 23 comments