چگونه تلسکوپ های فضایی را ارزان تر و بهتر کنیم؟

تلسکوپ فضایی جیمز وب تاکنون موفقیت چشمگیری داشته است و بینش جدیدی را در مورد کیهان با دید قدرتمند خود آشکار کرده است.

به گزارش تکناک، اما جیمز وب  همچنین دارای سابقه ای از هزینه های بیش از حد، تاخیرها و تقریباً لغو شدن دارد که سوالاتی را در مورد امکان سنجی تلسکوپ های فضایی آینده ایجاد کرده است.

جیمز وب تنها آغاز دوره جدیدی از نجوم فضایی است. ناسا در حال حاضر روی نسل بعدی تلسکوپ های فضایی مانند تلسکوپ فضایی نانسی گریس روم (WFIRST سابق) و رصدخانه جهان های قابل سکونت (لوویر سابق) کار می کند که انتظار می رود به ترتیب در سال 2027 و اواخر دهه 2030 پرتاب شوند.

این تلسکوپ‌های فضایی احتمالاً قیمت بالایی خواهند داشت. با این حال، تیمی از محققان معتقدند که استراتژی هایی برای کاهش هزینه تلسکوپ های فضایی وجود دارد. آنها مقاله ای را منتشر کرده اند که در آن ایده های خود را با عنوان “رویکردهایی برای کاهش هزینه تلسکوپ های فضایی بزرگ” ارائه کرده اند. نویسنده اصلی، یوان داگلاس، استادیار نجوم در رصدخانه استوارد دانشگاه آریزونا است. آنها مقاله خود را در کنفرانس SPIE Optics + Photonics 2023 در ماه اوت ارائه کردند.

تضاد اقتصادی تلسکوپ های فضایی

مزایای علمی تلسکوپ های فضایی بزرگ غیرقابل انکار است. آنها مناظر بی نظیری از کیهان ارائه می دهند که با هیچ وسیله دیگری نمی توان به آن دست یافت. اما بار مالی و لجستیکی بالایی نیز دارند. آنها هرگز نمی توانند ارزان تر از تلسکوپ های زمینی باشند، اما تلسکوپ های زمینی محدودیت هایی دارند که تلسکوپ های فضایی می توانند بر آنها غلبه کنند.

هیچ کس نمی خواهد پیشرفت علمی حاصل از تلسکوپ های فضایی قدرتمند را کنار بگذارد. اما نادیده گرفتن انتقادات مبنی بر گران شدن آنها سخت است. داگلاس و همکارانش در یک بیانیه مطبوعاتی به تفصیل پیشنهاداتی در مورد اینکه چگونه می‌توانیم به اکتشافات جدید با تلسکوپ‌های فضایی ادامه دهیم و در عین حال هزینه را قابل کنترل‌تر کنیم، دارند.

مطالعه محققان بر روی یک تلسکوپ اپتیکال 6.5 متری متمرکز است که برای عملکرد در فضا در دمای محیط طراحی شده است. این ابعاد با اندازه آینه تلسکوپ فضایی جیمز وب یکسان است. این مطالعه نشان می‌دهد که چگونه فناوری‌های خاصی مقرون به صرفه‌تر شده‌اند و چگونه فناوری‌های پیشرو در گذشته به آسانی در دسترس هستند. این مطالعه همچنین اشاره می کند که فضاپیماهایی مانند استارشیپ اسپیس ایکس پرتاب تلسکوپ هایی با آینه های اولیه بزرگتر را بدون نیاز به آینه های پیچیده و پرهزینه مانند تلسکوپ جیمز وب ممکن می کند.

استفاده از هزینه های تکنولوژیکی کمتر

نویسندگان خاطرنشان می کنند که هزینه تلسکوپ های زمینی پس از دهه 1980 به میزان قابل توجهی کاهش یافت. آنها استدلال می کنند که پیشرفت در اپتیک، الکترونیک تجاری و ظهور فضاپیماهایی مانند استارشیپ اسپیس ایکس می تواند هزینه های تلسکوپ های فضایی را کاهش دهد. این امر می‌تواند رصدخانه‌های فضایی بزرگ را از نظر مالی در دسترس‌تر کند، و بین پیش‌بینی‌های هزینه برای رصدخانه‌های فضایی و زمینی قرار می‌گیرد.

وسایل نقلیه پرتاب امروزی، مانند آریان 5 که JWST را حمل می‌کرد، محدودیت‌های بزرگی را بر روی آینه‌های تلسکوپ تحمیل می‌کند و نیاز به طراحی‌های پیچیده و گران‌قیمت بخش‌بندی شده دارد. با این حال، استارشیپ اسپیس ایکس می تواند یک آینه یکپارچه 6.5 متری را در خود جای دهد که هم هزینه و هم پیچیدگی را کاهش می دهد.

یک واقعیت مادی جدید

برخلاف آینه بریلیوم و روکش طلای JWST، محققان شیشه بوروسیلیکات را پیشنهاد می کنند. ماده ای که نه تنها ارزان تر است بلکه مقاومت حرارتی و چکش خواری عالی را نیز ارائه می دهد. فناوری اپتیک تطبیقی که قبلاً به تلسکوپ‌های زمینی محدود می‌شد، می‌تواند این امر را عملی کند.

هم افزایی نرم افزار و فضاپیما

با پیشرفت تکنولوژی، نرم افزاری که این تلسکوپ های پیچیده را اجرا می کند نیز پیشرفت می کند. دیگر متکی به نرم‌افزارهای پرهزینه و خاص نیست، بسیاری از مأموریت‌های فضایی امروزی بر روی تجهیزات الکترونیکی تجاری و سیستم‌عامل‌های رایج کار می‌کنند. لینوکس را در هلیکوپتر زیرکی مریخ در نظر بگیرید.

یک تغییر مداری

TESS، یک تلسکوپ فضایی در یک دوره 13.7 روزه در مدار مرتفع زمین، نشان می دهد که مدارهای جایگزین می توانند هزینه ها را کاهش دهند و در عین حال پایداری حرارتی و پوشش مداوم آسمان را ارائه دهند. انتظار می رود که مدار TESS برای چندین دهه بدون نیروی محرکه دوام بیاورد و جایگزینی برای مدار L2 خورشید-زمین جایی که JWST در آن قرار دارد ارائه می کند.

ساده سازی فرآیندهای طراحی

همه اقدامات صرفه جویی در هزینه با تکنولوژی بالا نیستند. مدیریت اسناد و ارتباطات کارآمد، که اغلب نادیده گرفته می شود، می تواند تفاوت اساسی در پروژه های چند دهه ای ایجاد کند که نیاز به همکاری بین هزاران نفر از افراد ماهر دارد.

داگلاس و همکارانش صرفاً فرضیه سازی نمی کنند. برخی از این نوآوری‌ها قبلاً در SmallSats، CubeSats و حتی تلسکوپ فضایی رومی نانسی گریس در آینده پیاده‌سازی شده‌اند.

در حالی که این مقاله نگاهی وسوسه انگیز به آنچه در آینده می تواند داشته باشد ارائه می دهد، بدیهی است که راه به سوی تلسکوپ های فضایی مقرون به صرفه تر هموار می شود. این تیم بینش های بیشتری را در مقالات آینده، به ویژه در مورد طرح های دقیق و الزامات زیست محیطی برای آینه های بوروسیلیکات، وعده می دهد.

همانطور که ما همچنان به سمت ستاره ها نگاه می کنیم، ضروری است که بودجه های خود را نیز روی زمین محکم نگه داریم. در اینصورت در عصر اکتشافات نجومی نیازی به صرف هزینه‌های نجومی نیست.