نیوزویز – نمونه اولیه تلسکوپ طراحی و ساخته شده توسط محققان آزمایشگاه ملی لاورنس لیورمور (LLNL) از کیپ کاناورال، فلوریدا به ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) پرتاب شد.
این تلسکوپ که به عنوان محموله تصویربرداری فرازمانی اختفای ستاره ای (SOHIP) شناخته می شود، از فناوری اپتیکی یکپارچه ثبت شده LLNL بر روی یک گیمبال برای مشاهده و اندازه گیری امواج گرانشی جو و تلاطم استفاده می کند.
ابزار SOHIP که روز سه شنبه پرتاب شد، به عنوان بخشی از برنامه آزمایش فضایی وزارت دفاع – پلت فرم 9 هیوستون یک بار روی ایستگاه فضایی بین المللی نصب می شود.
یک تیم بین رشته ای در لیورمور ابزار SOHIP را تولید کردند و الزامات ایمنی سختگیرانه ناسا را برای گنجاندن در ISS ناسا، اولین آزمایشگاه، برآورده کردند. SOHIP نیز به موقع و با بودجه محدود تنها 1 میلیون دلار تحویل داده شد.
پیت سوپسینسکاس گفت: “هدف ما طراحی، توسعه و ارائه یک جفت تلسکوپ منفرد فشرده و بادوام با استفاده از فناوری یکپارچه اختصاصی آزمایشگاه و قطعات خارج از قفسه بود که برای گنجاندن در ایستگاه فضایی بین‌المللی نیاز به حداقل یا صفر تست در مدار دارند.” فن‌شناس ارشد فضایی برای برنامه فضایی LLNL علم و امنیت فضایی. و ما به این هدف رسیدیم.»
وسایل نقلیه مافوق صوت – هواپیما یا موشک – که با سرعت پنج برابر صوت زیر ارتفاع 90 کیلومتر (کیلومتر) / 56 مایل حرکت می کنند – در محیط فوق العاده و غیرقابل پیش بینی جو فوقانی کار می کنند که می تواند بر عملکرد پرواز تأثیر بگذارد. امواج گرانشی اتمسفر – نوسانات هوا که انرژی و تکانه را از پایین به اتمسفر بالا منتقل می کنند و به صورت عمودی و افقی منتشر می شوند – تلاطمی مانند امواج اقیانوسی ایجاد می کنند که در یک ساحل برخورد می کنند.
متیو هورسلی، فیزیکدان LLNL و محقق اصلی SOHIP گفت: “اگر لایه مرزی یک وسیله نقلیه مافوق صوت در طول مسیر پرواز در معرض تلاطم جوی قرار گیرد، کشش آیرودینامیکی و گرمای وسیله نقلیه به طور قابل توجهی افزایش می یابد و بر کنترل وسیله نقلیه تاثیر می گذارد.” “اگر ما بتوانیم شرایطی را که این امواج گرانشی پر هرج و مرج یا جریان های مافوق صوت را به وجود می آورد، به درستی پیش بینی کنیم، می تواند به طراحی بهتر خودرو، کاهش هزینه ها و بهبود عملکرد کلی پروازهای مافوق صوت کمک کند.”
درک فضا
یکی از داده های شناخته شده برای اتمسفر فوقانی ضریب شکست هوا است که با دما و چگالی اندازه گیری می شود. یکی دیگر از جنبه‌های قابل اندازه‌گیری شرایط جو زمین این است که نور چگونه از آن عبور می‌کند – یک خمش پرتو رخ می‌دهد که به میانگین ضریب شکست حساس است. تلاطم نیز بر نور تأثیر می گذارد و باعث سوسو زدن آن می شود. به همین دلیل است که ستاره ها در آسمان شب چشمک می زنند.
تیم توسعه SOHIP تصمیم گرفت از این پدیده ها برای درک تغییرات دما و چگالی جو و استفاده از نوسانات در شکست هوا برای تشخیص تلاطم استفاده کند.
هورسلی گفت: «با اندازه‌گیری دقیق خمش و سوسوزن پرتو، می‌توانیم خواص جوی را که این اثرات را ایجاد کرده است، تخمین بزنیم.
SOHIP از دو تلسکوپ یکپارچه متصل به گیمبال استفاده می کند. گیمبال به دوربین های تلسکوپ اجازه می دهد تا روی دو ستاره درخشان در “ردپای” ایستگاه فضایی بین المللی تمرکز کنند. لنس سیمز، نرم افزار پرواز و عملیات SOHIP گفت: «چالش واقعی این است که هر دوربین باید یک ستاره را با نرخ فریم بیش از 1000 فریم در ثانیه تصویر کند. دستیابی به چنین نرخ فریم بالایی نیاز به خواندن تنها یک آرایه فرعی کوچک یا “پنجره” سنسور دوربین دارد.
ردیابی حرکت ظاهری یک ستاره و نگه داشتن آن در آن پنجره با استفاده از گیمبال منجر به ارتعاشات غیرقابل قبول می شود. بنابراین ما سیستم‌افزار و الگوریتم‌های ویژه‌ای را برای ثابت نگه داشتن گیمبال ایجاد کردیم و در عوض به پنجره اجازه دادیم ستاره را از طریق حسگر ردیابی کند.
نرخ فریم بالا، کمی سازی سوسوزن مشاهده شده را تسهیل می کند، در حالی که اندازه گیری های نسبی بین دو تلسکوپ امکان رد حرکت سکو و ارتعاش را فراهم می کند. اولین تلسکوپ میدان دید باریکی دارد و پس از نصب در ایستگاه فضایی بین‌المللی، یک ستاره درخشان به نام ستاره «علم» را در حین عبور خط دیدش از جو زمین مشاهده خواهد کرد.
تلسکوپ دوم از ستاره دوم، ستاره “مرجع” با خط دید بسیار بالای جو تصویر می کند. SOHIP جدایی زاویه ای نسبی ستاره علمی را نسبت به ستاره مرجع اندازه گیری می کند تا ضریب شکست آن را تعیین کند. سوسوزن ستاره علمی با ثبت شدت ستاره علمی در سرعت های بیش از 1000 فریم در ثانیه اندازه گیری می شود.
خیلی بزرگتر از جعبه کفش نیست
وزن SOHIP در ISS 30 پوند است و از یک جعبه کفش بزرگتر نیست. این بسته بسیار کوچک، بینش های جدیدی را در مورد میانگین دمای اتمسفر، فشار و چگالی، و قدرت تلاطم در ارتفاع و دقت بی سابقه نشان می دهد.
SOHIP می تواند فرصت هایی را برای بهینه سازی طراحی وسیله نقلیه مافوق صوت و عملکرد پرواز فراهم کند. دیوید پاتریک، مهندس ارشد پروژه SOHIP گفت: داده‌هایی که SOHIP بر روی امواج گرانشی از زوایای مختلف و تنظیمات ستارگان می‌گیرد، به مأموریت‌های آتی کمک می‌کند و به ما امکان می‌دهد الگوریتم‌هایی را برای پیش‌بینی شرایط جوی بالایی بهبود دهیم.
یک مطالعه امکان سنجی تحقیق و توسعه هدایت شده آزمایشگاهی (LDRD)، سنجش از دور امواج گرانشی با مجموعه داده های ماهواره ای چندگانه، در حال بررسی این است که آیا داده های SOHIP را می توان با داده های سه ابزار موج گرانشی جوی ISS دیگر که لایه های بالایی جو را مختل می کنند ترکیب کرد.
ما در حال بررسی هستیم که آیا می‌توان ویژگی‌های مختلف جو اندازه‌گیری شده توسط چهار ابزار ایستگاه فضایی بین‌المللی را برای مشاهده امواج گرانشی با وضوح افقی تا 10 کیلومتر در اتمسفر فوقانی ترکیب کرد. دانا مک گافین، محقق فوق دکتری در بخش جو، زمین و انرژی آزمایشگاه فیزیک و علوم زیستی، می گوید: مشخص کردن امواج گرانشی به ما امکان می دهد شرایط را در اتمسفر فوقانی درک کنیم و الگوهای گردش جو را محدود کنیم. در حال حاضر، اندازه‌گیری‌ها تنها می‌توانند امواج گرانشی با طول موج‌های افقی 300 کیلومتر یا بیشتر را مشاهده کنند.
جان گانینو، LLNL Associate فضایی گفت: «ما تصمیم گرفتیم یک مدارگرد اولیه مقرون‌به‌صرفه و مقیاس‌پذیر را توسعه دهیم، بسازیم، تحویل دهیم و به نمایش بگذاریم که قادر به رصد از راه دور امواج گرانش جو و تلاطم‌های ارتفاع بالا از سطح زمین تا ارتفاعات تا ارتفاع 70 کیلومتری است. مدیر برنامه سخت افزاری
بن بانی، مدیر برنامه برنامه علوم و امنیت فضایی در آزمایشگاه گفت: «این واقعیت که این تیم می‌تواند با چنین بودجه و جدول زمانی فشرده کاری از لحاظ فنی پیچیده انجام دهد، گواهی بر تخصص، روحیه همکاری و تعهد به تعالی است. .
برنامه LDRD آزمایشگاه، یک برنامه بودجه تحقیقاتی داخلی، بودجه ای را برای طراحی، تحقیق و توسعه ابزار SOHIP فراهم کرد.
برای اطلاعات بیشتر:
