月球隕石坑射電望遠(yuǎn)鏡(LCRT)項(xiàng)目獲得了50萬(wàn)美元的獎(jiǎng)勵(lì)以支持它進(jìn)入NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念(NIAC)計(jì)劃的第二階段的額外工作。

據(jù)外媒報(bào)道，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，雖然還不是NASA的任務(wù)，但LCRT描述了一個(gè)可以改變?nèi)祟?lèi)對(duì)宇宙的看法的任務(wù)概念。

LCRT的主要目標(biāo)是測(cè)量宇宙黑暗時(shí)期產(chǎn)生的長(zhǎng)波無(wú)線電波。黑暗時(shí)期指的是宇宙大爆炸后的幾億年，不過(guò)在首批恒星閃爍出現(xiàn)之前。雖然宇宙學(xué)家對(duì)這一時(shí)期所知甚少，但解開(kāi)科學(xué)上一些最大謎團(tuán)的答案可能就在這一時(shí)期充滿宇宙的氣體所產(chǎn)生的長(zhǎng)波長(zhǎng)無(wú)線電發(fā)射中。

“雖然沒(méi)有恒星，但在宇宙的黑暗時(shí)代有充足的氫--氫最終會(huì)成為第一批恒星的原材料，”Joseph Lazio說(shuō)道，“有了地球上足夠大的射電望遠(yuǎn)鏡，我們就可以追蹤導(dǎo)致第一批恒星形成的過(guò)程，甚至可能找到關(guān)于暗物質(zhì)本質(zhì)的線索。”他是NASA位于南加州噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的射電天文學(xué)家也是LCRT小組的成員。

地球上的射電望遠(yuǎn)鏡無(wú)法探測(cè)到這一神秘時(shí)期，因?yàn)閬?lái)自那個(gè)時(shí)期的長(zhǎng)波無(wú)線電波會(huì)被大氣層頂部的離子和電子層反射，這個(gè)區(qū)域被稱(chēng)為電離層。另外，我們嘈雜的文明社會(huì)發(fā)出的隨機(jī)無(wú)線電輻射也會(huì)干擾射電天文學(xué)并淹沒(méi)最微弱的信號(hào)。

但在月球的遠(yuǎn)端，沒(méi)有大氣層來(lái)反射這些信號(hào)，并且月球本身會(huì)屏蔽地球的無(wú)線電通信。月球遠(yuǎn)端可能是進(jìn)行早期宇宙空前研究的絕佳場(chǎng)所。

為了對(duì)較長(zhǎng)的無(wú)線電波長(zhǎng)敏感，LCRT需要非常大。這里的想法需要在一個(gè)超過(guò)2英里(3公里)寬的隕石坑中創(chuàng)建一個(gè)超半英里(1公里)寬的天線。地球上最大的單碟無(wú)線電望遠(yuǎn)鏡--如中國(guó)的1600英尺(500米)口徑球面五百米射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)和波多黎各的1000英尺寬(305米寬)阿雷西博天文臺(tái)--建造在自然碗洼地的景觀結(jié)構(gòu)以提供支持。

這類(lèi)射電望遠(yuǎn)鏡使用了數(shù)千塊懸掛在凹陷處的反射板，這能使整個(gè)碟面能夠反射無(wú)線電波。然后，接收器通過(guò)一套纜繩系統(tǒng)懸掛在天線上方的一個(gè)焦點(diǎn)上由天線周?chē)乃潭◤亩鴣?lái)測(cè)量天線下方彎曲表面反射的無(wú)線電波。盡管FAST的體積和復(fù)雜性，但它對(duì)超過(guò)14英尺(4.3米)的無(wú)線電波長(zhǎng)并不敏感。

JPL機(jī)器人科學(xué)技術(shù)專(zhuān)家、LCRT項(xiàng)目首席研究員Saptarshi Bandyopadhyay帶領(lǐng)著由工程師、機(jī)器人專(zhuān)家和JPL科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)將這類(lèi)射電望遠(yuǎn)鏡濃縮成最基本的形式。他們的理念消除了將極其沉重的材料運(yùn)送到月球的需要并利用機(jī)器人自動(dòng)化建造過(guò)程。LCRT不再使用數(shù)千塊反射板來(lái)聚焦射入的無(wú)線電波，而是在隕石坑中心由細(xì)鐵絲網(wǎng)構(gòu)成。一個(gè)航天器將運(yùn)送這個(gè)網(wǎng)、一個(gè)單獨(dú)的著陸器將用來(lái)放置DuAxel探測(cè)器，然后在幾天或幾周內(nèi)建造好這個(gè)盤(pán)子。

JPL正在開(kāi)發(fā)的機(jī)器人概念DuAxel由兩個(gè)單軸探測(cè)車(chē)(Axel)組成，它們可以彼此分離且能通過(guò)系繩保持連接。其中一半將作為一個(gè)錨部署在火山口的邊緣，而其余部分則用來(lái)做建筑。

“DuAxel解決了許多跟在月球隕石坑內(nèi)懸掛非常大的天線相關(guān)問(wèn)題，”JPL機(jī)器人技術(shù)專(zhuān)家、LCRT和杜阿克塞爾項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員Patrick Mcgarey表示，“單獨(dú)的DuAxel探測(cè)車(chē)可以在系好繩子的情況下開(kāi)進(jìn)隕石坑、連接電線、施加拉力并抬起電線來(lái)懸掛天線。”

為了將該項(xiàng)目提升到下一個(gè)層次，他們將使用NIAC第二階段的資金來(lái)完善望遠(yuǎn)鏡的能力和各種任務(wù)方法并同時(shí)確定過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)。

在此階段，團(tuán)隊(duì)面臨的最大挑戰(zhàn)之一是鋼絲網(wǎng)的設(shè)計(jì)。為了保持它的拋物線形狀和線之間的精確間隔，網(wǎng)必須既堅(jiān)固又靈活且又要足夠輕進(jìn)而便于運(yùn)輸。這種網(wǎng)還必須能承受月球表面劇烈的溫度變化--從零下280華氏度(零下173攝氏度)到高達(dá)260華氏度(127攝氏度)--而不變形或失效。

另一個(gè)挑戰(zhàn)是確定DuAxel探測(cè)車(chē)是應(yīng)該完全自動(dòng)化，而且還需要人工操作。此外，雖然月球遠(yuǎn)端目前沒(méi)有無(wú)線電信號(hào)，但這種情況在未來(lái)可能會(huì)改變。

在接下來(lái)的兩年里，LCRT團(tuán)隊(duì)還將努力找出其他的挑戰(zhàn)和問(wèn)題。如果他們成功了，他們可能會(huì)被選擇展開(kāi)進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)，這是一個(gè)啟發(fā)Bandyopadhyay的迭代過(guò)程。

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