Как эксперимент на воздушном шаре может заменить космический телескоп Хаббл

Астрономический телескоп, призванный дополнить стареющий космический телескоп Хаббл, стартовал с южного острова Новой Зеландии 16 апреля 2023 года. Но когда сфера размером с футбольный стадион бесшумно и медленно поднялась над горами Таухинукорокио, от жителей начали поступать звонки.

Однако местная полиция и радиостанции были проинформированы НАСА о том, что гигантский гелиевый шар поднимет двухтонный телескоп SuperBIT на высоту 40 км над уровнем моря в течение следующих трех часов. Миссия, в которой мы участвовали, заключалась в том, чтобы проверить, сможет ли телескоп на воздушном шаре получать изображения глубокого космоса с достаточно высоким разрешением для изучения неизвестного вещества, получившего название темной материи, которое составляет 85% всего материала во Вселенной.

Наблюдения и последующий анализ данных доказали, что эксперименты на воздушном шаре могут быть столь же полезны, как и эксперименты, запускаемые на ракетах, но стоят гораздо дешевле. Теперь дело за учеными, правительственными учреждениями и частными компаниями, чтобы извлечь из них максимальную пользу.

В течение следующего месяца полярные стратосферные ветры разносили SuperBIT по всему миру каждые восемь дней, в основном над Антарктическим океаном, но затрагивая оконечность Южной Америки. Он летел туда, куда его нес ветер, но мог смотреть в любом направлении.

Каждый день солнечные панели заряжали свои батареи. Ночью он сфотографировал небо, включая туманность Тарантул, источник света, находящийся на расстоянии 160 000 световых лет, и скопления галактик в 20 000 раз дальше.

Без штатива SuperBIT использовал гироскопы для стабилизации любого раскачивания (мы обнаружили, что стратосфера удивительно спокойна… за исключением турбулентности над Андами, где SuperBIT однажды упал на 1000 футов). Это был первый телескоп на воздушном шаре, который достиг характеристик Хаббла в коротких длинах волн света, видимых человеческим глазом.

Воздушный шар и телескоп продолжали прекрасно работать, но спутниковая связь постепенно вышла из строя. Мы считаем, что радиация повредила антенны СуперБИТа. Мы все еще могли загружать данные, роняя на землю жесткие диски, подключенные к телескопу. Но в конечном итоге НАСА захотело вернуть свой воздушный шар, поэтому мы доставили телескоп на парашюте в Аргентину.

Это был пятый полет SuperBIT, основанный на десяти годах взяточничества.

Преимущества воздушных шаров

В отличие от орбитальных миссий, если полезная нагрузка воздушных шаров не сработает с первого раза, их можно починить и перезапустить. Это способствует простому и креативному дизайну. К компонентам, которые, как доказано, работают в космосе, относятся гель для волос (чтобы удерживать предметы), пакеты для запекания курицы (чтобы сохранять их в тепле) и части луков, используемых олимпийскими лучниками (чтобы отпустить их).

Неудача и успех — это возможности для обучения. После каждого полета мы ремонтируем или совершенствуем технологию. Например, поскольку камеры быстро становятся лучше и дешевле, мы каждый год оснащаем SuperBIT новым датчиком. Все это снижает затраты.

Большая часть затрат на традиционные космические полеты приходится на снижение риска неудачи. Всегда необходимы компромиссы между безопасностью, защитой дорогостоящего оборудования и получением данных.

Если миссия на воздушном шаре пойдет не так, как правило, это не имеет большого значения, потому что мы вернем оборудование. SuperBIT был создан в основном канадскими докторами философии. студенты, которые уже создали новую технологическую компанию.

Управление рисками для воздушных шаров иное, и НАСА не всегда находит правильный баланс. Ожидание «идеальной» погоды и идеально спроектированного воздушного шара остановили все запуски из Техаса в 2017 году. Физически невозможные расчеты риска, такие как трижды лопнувший воздушный шар, чуть не провалили программу 2023 года.

Воздушный шар может лопнуть только один раз. Но космические агентства Франции и Канады, Национальный центр атмосферных исследований США и Совет научных исследований Великобритании доказали, что воздушный шар можно перезапускать каждые несколько дней. Оценка риска может быть более реалистичной. Команды, занимающиеся воздушными шарами, могут постоянно тестировать, экспериментировать и улучшать процесс. Для запуска ракет есть только один шанс.

Растущий международный интерес

География важна для разработки успешной национальной программы использования аэростатов. Страны с обширной территорией, например Канада и США, могут выполнять короткие полеты в пределах своего воздушного пространства. Страны Северной Европы могут использовать стабильные и надежные летние ветры для расширения полетов через Атлантический океан, например, из Шотландии в Канаду.

Страны также могут запускать запуск с территории стран-партнеров по всему миру, например, запуск Великобритании из Австралии.

Геополитика также влияет на выбор траектории полета: урок хорошо усвоен на примере несанкционированного китайского воздушного шара, который пролетел над США в 2023 году и в конечном итоге был сбит. Для пересечения воздушного пространства любой страны требуется разрешение, и мы избегаем зон боевых действий или конфликтов, где воздушный шар можно принять за враждебную цель. Это одна из причин, по которой мы начали свою деятельность из Новой Зеландии.

Интерес правительства к национальным программам по созданию воздушных шаров растет, поскольку новые технологии материаловедения и производства позволили создать воздушные шары, удерживающие гелий, что продлевает полеты с дней до месяцев. США подтвердили свою заинтересованность в правительственном документе 2023 года, а Канада, Франция и Швеция уже давно имеют программы по созданию воздушных шаров.

До 1990-х годов в Великобритании осуществлялась ведущая в мире программа по производству воздушных шаров. Отказ от него лишился возможности обучать ученых и инженеров руководящим должностям. Британские команды по-прежнему часто приглашают присоединиться к французским или американским спутниковым миссиям, но мы больше не руководим ими и не решаем, что будет построено. Мы предвидим мало технических, географических или политических препятствий для возобновления Великобританией программы по запуску воздушных шаров параллельно с начинающимися запусками ракет.

Воздушные шары достаточно высокие

Официально космос начинается на высоте 100 км над уровнем моря. Но здесь нет волшебной линии и драгоценной атмосферы выше 40 км. Там звезды перестают мерцать и небо черное. Астрономические фотографии с длинной выдержкой становятся очень резкими и показывают слабые, далекие объекты, которые для астрономов на земле размыты.

Камеры или спектрографы на воздушных шарах также могут смотреть вниз, и они достаточно высоки, чтобы фиксировать наблюдения Земли, как и со спутников. Они также могут проводить измерения атмосферы вокруг себя, в том числе озонового слоя в стратосфере.

Воздушные шары не заменят все ракеты, поскольку они не могут летать выше 40 км. И хотя гелий является ограниченным ресурсом, воздушные шары более «экологичны». Они не требуют ракетного топлива во время запуска, не увеличивают количество космического мусора на орбите, а в конце своего срока службы не сгорают в атмосфере. Что не нравится?

Информация от: Разговором

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.