Миссия ASTHROS - телескоп с гигантским зеркалом на стратосферном воздушном шаре

Человечество всегда стремилось к звездам. Но попасть на небо удавалось лишь героям мифов и сказок. Однако с появлением в начале 17-го века первых подзорных труб - прообразов телескопа - звезды стали чуточку ближе.

С тех пор телескопы прошли огромный путь в своем развитии. Начав с наблюдений небесных тел в таком родном и понятном нам оптическом диапазоне волн, в дальнейшем они успешно освоили огромный спектр различных длин волн, чтобы изучать Вселенную во всём её многообразии.

Однако, как оказалось, земная атмосфера по-разному пропускает электромагнитные волны разной длины. Поэтому часть наблюдений переместилась с поверхности Земли на космическую орбиту. Наверняка большинство из вас слышали о космических телескопах "Хаббл" ("Hubble") и "Джеймс Уэбб" ("James Webb"). На самом деле количество таких аппаратов гораздо больше. Я назвал лишь наиболее известные из них.

Но и у космических телескопов есть свои недостатки. Главный из них - это высокая, поистине "космическая" стоимость. При чем собственно стоимость выведения аппарата на орбиту не так уж и высока по сравнению с затратами на разработку и реализацию уникальных технических решений, обеспечивающих продолжительную эффективную работу этих изделий, в условиях, когда нет возможности отправить к телескопу ремонтника, и любая, даже самая незначительная неисправность, может привести к утрате дорогостоящего научного инструмента. Исключением являлся лишь уже упоминавшийся выше телескоп "Hubble", к которому были отправлены целых пять (!) миссий обслуживания, благодаря чему он до сих пор остается в строю. Правда стоит отметить, что на те деньги, которые были потрачены на эти миссии, можно было бы построить и запустить еще один такой телескоп.

Одним из возможных решений, свободным от указанных выше недостатков, является телескоп, располагающийся в стратосфере. То есть, с одной стороны, достаточно далеко от Земли, чтобы практически исключить неблагоприятное воздействие атмосферы, а с другой, укладывающийся в сравнительно скромный бюджет, по сравнению с космическими телескопами. 

Именно таким телескопом и должен стать в ближайшее время ASTHROS (аббревиатура от «Астрофизический стратосферный телескоп для наблюдений с высоким спектральным разрешением на субмиллиметровых волнах»), базирующийся на высотном зонде.

Миссия НАСА ASTHROS, использующая стратосферный зонд, сможет достичь высоты 40 километров. На этой высоте телескоп может обнаруживать длины волн света, которые блокируются атмосферой Земли

В настоящее время запуск ASTHROS запланирован на декабрь 2024 года. Место старта - аэростатный лагерь НАСА близ станции Мак-Мердо в Антарктиде. Предполагается, что телескоп будет находиться в полете на высоте около 40 километров в течение 21–28 дней. Такой высоты вполне достаточно, чтобы наблюдать длины волн света, блокируемые атмосферой Земли. Наполненный гелием шар будет иметь диаметр около 150 метров, что превышает длину футбольного поля. Масса аппарата, включая гондолу, солнечные панели, научные приборы и системы связи, составит около 2500 килограммов.

Сердцем, или скорее глазом, телескопа ASTHROS будет легкая антенна диаметром 2,5 метра, собирающая дальний инфракрасный свет. Таким образом, это будет самый крупный телескоп, когда-либо летавший на высотном воздушном шаре. 

Как и в случае с космическим телескопом "James Webb", тоже работающем в инфракрасном диапазоне, приемники телескопа должны быть охлаждены до 4 градусов по шкале Кельвина (или до минус 269,15 по Цельсию). Многие воздушные шары и космические аппараты используют для этой цели жидкий гелий, но такой подход ограничивает сроки миссии запасом гелия на борту. Поэтому ASTHROS будет использовать криокулер, получающий электричество от солнечных панелей.

Главное зеркало миссии ASTHROS диаметром 2,5 метра является самым большим, из когда-либо летавших на высотном воздушном шаре. Легкое зеркало покрыто золотом и никелем, чтобы сделать его более отражающим в дальнем инфракрасном диапазоне

Главное зеркало телескопа состоит из девяти панелей, изготовить которые гораздо проще, чем цельную деталь. Однако у данного подхода имеется и обратная сторона медали: при монтаже необходимо выровнять панели с точностью в 2,5 микрометра. Именно этим и занимаются инженеры на снимке ниже.

Основой панелей является алюминиевый сплав, имеющий сотовую структуру, что уменьшает массу конструкции. Поверхности панели изготовлены из никеля и покрыты золотом, для улучшения отражательной способности зеркала в дальнем инфракрасном диапазоне.

Одной из главных научных целей ASTHROS является получение новую информацию о звездной обратной связи в Млечном Пути и других галактиках. Это процесс, в котором звезды либо ускоряют, либо замедляют образование новых звезд в своей галактике. Звездная обратная связь играла решающую роль в эволюции галактик на протяжении всей истории Вселенной. Без этого газ и пыль в таких галактиках, как наша, давно бы объединились в звезды, и нового звездообразования не произошло бы.

Для исследования звездной обратной связи ASTHROS будет использовать метод, называемый спектрометрией высокого спектрального разрешения, который позволяет ученым идентифицировать определенные химические элементы в облаках газа и пыли, а также точно измерять плотность и динамику этих элементов. ASTHROS станет первой миссией, которая проведет спектрометрию с высоким спектральным разрешением в нескольких определенных длинах волн света и идентифицирует два конкретных иона азота, образующиеся в результате процессов, управляющих звездной обратной связью. Это позволит астрономам создавать 3D-карты областей звездообразования, а также плотности и движения газа, чтобы узнать о влиянии звездной обратной связи.

По всей видимости, миссии подобные ASTHROS, получат в будущем более широкое распространение, поскольку требуют значительно меньшего бюджета, чем космические миссии, а также могут быть спланированы и реализованы в гораздо более короткие сроки. Кроме того, в них можно протестировать ряд новых технологий, которые затем будут использоваться в космических миссиях.