Modulares Weltraumteleskop könnte von einem Roboter zusammengebaut werden

Modulares Weltraumteleskop könnte von einem Roboter zusammengebaut werden

Um tief ins Weltall zu blicken, braucht man große Teleskope. Je größer das Teleskop, desto mehr Licht sammelt es und desto schärfer ist das Bild, das es liefert.

Beispielsweise sucht das Kepler-Weltraumobservatorium der NASA mit einem Spiegeldurchmesser von weniger als einem Meter nach Exoplaneten, die Sterne in einer Entfernung von bis zu 3.000 Lichtjahren umkreisen. Im Gegensatz dazu hat das Hubble-Weltraumteleskop mit einem 2,4-Meter-Spiegel Sterne in mehr als 10 Milliarden Lichtjahren Entfernung untersucht.

Jetzt schlagen Sergio Pellegrino vom Caltech und Kollegen ein Weltraumobservatorium vor, das einen Hauptspiegel mit einem Durchmesser von 100 Metern haben würde – 40 Mal größer als der von Hubble. Weltraumteleskope, die einige der klarsten Bilder des Universums liefern, sind in der Regel in ihrer Größe begrenzt, da es schwierig und kostspielig ist, große Gegenstände in den Weltraum zu schicken. Pellegrinos Team würde dieses Problem umgehen, indem es den Spiegel als separate Komponenten verschickt, die im Weltraum von Robotern zusammengebaut werden.

Ihr Design erfordert die Verwendung von mehr als 300 ausfahrbaren Traversenmodulen, die zu einem Gerüst entfaltet werden könnten, auf dem eine entsprechende Anzahl kleiner Spiegelplatten platziert werden könnte, um einen großen segmentierten Spiegel zu schaffen. Der Aufbau des Gerüsts und die Befestigung der vielen Spiegel sei eine Aufgabe, die gut für Roboter geeignet sei, sagen Pellegrino und seine Kollegen.

In ihrem Konzept würde ein spinnenartiger, sechsarmiger „Hexbot“ das Fachwerk zusammenbauen und dann über die Struktur kriechen, um den Spiegel darauf zu bauen. Es wurde dem JPL RoboSimian-System nachempfunden, das 2015 die DARPA Robotics Challenge abgeschlossen hat, einen Bundeswettbewerb, der darauf abzielt, die Entwicklung von Robotern voranzutreiben, die komplizierte Aufgaben ausführen können, die für Menschen gefährlich wären. Der Hexbot würde mit Strom aus dem Solarnetz des Teleskops betrieben. Es würde vier seiner Arme zum Gehen verwenden – wobei sich jeweils ein Bein bewegt, während die drei anderen sicher an der Struktur befestigt bleiben. Die beiden verbleibenden Arme wären frei, um die Traversen und Spiegel zusammenzubauen.

Das Team entschied sich für ein ehrgeiziges 100-Meter-Design. „Wir wollten untersuchen, wie sich verschiedene Arten von Architekturen verhalten, wenn der Durchmesser vergrößert wird“, sagt Pellegrino, Joyce- und Kent-Kresa-Professor für Luftfahrt und Professor für Bauingenieurwesen in der Caltech-Abteilung für Ingenieurwissenschaften und angewandte Wissenschaften und leitender Forschungswissenschaftler des Jet Propulsion Laboratory. „Wir haben festgestellt, dass ein strukturell verbundenes Teleskop weit entfernt von der Erde viel schwerer ist als eine Architektur, die auf separaten Raumfahrzeugen für den Hauptspiegel, die Optik und die Instrumentierung basiert.“

Die Realisierung einer solchen Baugruppe ist noch Jahrzehnte entfernt. Pellegrino und seine Kollegen arbeiten jedoch bereits an den verschiedenen Technologien, die benötigt werden, um dies zu ermöglichen.

Das gesamte Weltraumobservatorium würde aus der vollständig montierten Spiegel- und Fachwerkstruktur und drei weiteren Teilen bestehen, die in Formation fliegen. Eine Optik- und Instrumenteneinheit würde sich etwa 400 Meter vom Spiegel entfernt befinden; eine rund 400 Meter dahinter stationierte Kontrolleinheit würde das System ausrichten und am Laufen halten; und ein dünner Schirm mit einem Durchmesser von etwa 20 Metern würde den Spiegel vor der Sonne abschirmen, um seine Temperatur über seinen gesamten Durchmesser hinweg stabil und konstant zu halten.

Die vierteilige Baugruppe würde an einem der Sonne-Erde-Lagrange-Punkte stationiert – an Orten zwischen Sonne und Erde, an denen die Schwerkraft von zwei Körpern einen Satelliten in der Umlaufbahn mit ihnen festhält und ihm ermöglicht, eine stabile Position beizubehalten. Dort könnte das Weltraumobservatorium tief ins Weltall blicken, ohne abzudriften.

Pellegrino arbeitete mit Joel Burdick, Nicolas Lee und Kristina Hogstrom von Caltech sowie Paul Backes, Christine Fuller, Brett Kennedy, Junggon Kim, Rudranarayan Mukherjee, Carl Seubert und Yen-Hung Wu von JPL zusammen. Ein Artikel über die Arbeit mit dem Titel „Architecture for In-Space Robotic Assembly of a Modular Space Telescope“ wurde im Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems veröffentlicht. Diese Forschung wurde von der NASA und dem WM Keck Institute for Space Studies unterstützt.

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