Возрождение проекта телескопа ATLAST?

[za-neptunie.livejournal.com]

  Размеры зеркал текущих и будущих космических телескопов. Источник.

    22 июня английское издание Independent опубликовало интересную заметку. В ней, со ссылкой на еженедельное собрание астрономов в городе Портсмут, сообщается о том, что NASA продолжает разрабатывать проект космического телескопа ATLAST (Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope). Об этом проекте не было ничего слышно последние несколько лет, поэтому необходимо разобраться что это, газетная утка или действительно возрождение крупного астрономического проекта?

  Проект космического телескопа ATLAST был на слуху в 2008-2010 годах, как следующий большой телескоп NASA после космического телескопа Вебб (JWST). В то время NASA разрабатывало программу Созвездие по возвращению человека на Луну. Для этой программы разрабатывалась сверхмощная ракета Арес-5. Поэтому проект оптического телескопа ATLAST разрабатывался сразу в трех вариантах: под существующие ракета-носители и под будущую Арес-5:

  Во-первых, для уже существующего самого мощного американского ракета-носителя тяжелая Дельта-4 разрабатывался вариант с 9.2-метровым раскладным зеркалом.

Источник.

Во-вторых, для будущей сверхтяжелой ракеты Арес-5 разрабатывалось еще два варианта: с цельным 8-метровым зеркалом и 16-метровым раскладным зеркалом.

Источник.

Такие варианты связаны с тем, что головной обтекатель на Арес-5 имел диаметр 10 метров. В то время считалось, что ракета начнет запуски в космос к 2018-2020 году.

  Источник.

 В любом из трех вариантов телескоп ATLAST должен был запущен туда же, что и космический телескоп Вебб, во вторую точку либрации.

Основные характеристики всех трех вариантов телескопа ATLAST. Источник.

В проекте 16-метровый телескоп, представлял собой после развертывания, очень большую конструкцию, сравнимую по габаритам с космической станцией МКС:

В сети есть даже видеоролик (24 МВ) анимации развертывания космического телескопа ATLAST, который дает представление о чудовищной сложности проекта. Кроме того, возможностей ракета-носителя Арес-5 хватало даже для вывода 21 и 24-метрового варианта складного космического телескопа.

  Стоимость 8-метрового варианта оценивалась в 4.5-5 миллиардов долларов. Для более крупных вариантов космического телескопа она не называлась. Основной целью всех вариантов телескопа ATLAST называлось обнаружение и исследование близнецов нашей планеты у ближайших звезд.

Серыми столбцами обозначена зависимость количества звезд FGK-типа, для которых за время экспозиции меньше 500 тысяч секунд возможно получить спектр двойника Земли с SNR=10 и R=70. Зеленым столбцами отмечено сколько этих звезд возможно будет пронаблюдать за 5 лет, как минимум 3 раза (для определения орбиты), при условие выделения на эти наблюдения 80% всего доступного времени. Источник.

  Чувствительности телескопа хватит для обнаружения спектральных линий биомаркеров (кислорода, озона, водного пара) у двойников Земли .

 Теоретический спектр двойника Земли в 10 парсеках от нас, полученный на телескопе ATLAST. Вверху дан спектр с R=100, внизу с R=500. Эти спектры вычислены для 8-метрового варианта со временем наблюдений в 46 и 500 тысяч секунд соответственно. Источник.

 Также планируется, что телескоп даже сможет составить первые карты поверхности таких планет. Дело в том, что планеты с прозрачными атмосферами, по мере вращения вокруг своей оси, изменяют свою яркость. Регистрируя эти изменения, во-первых, можно определить период вращения планеты, а во-вторых, построить простейшие карты поверхности с разной отражающей способностью.

Моделирование фотометрической кривой планеты Земля за 6 дней. Серым отмечено необходимое время для достижения подобной точности фотометрии с SNR=20 в зависимости от расстояния и размера космического телескопа. Источник.

Большим преимуществом 16-метрового варианта является тот факт, что он сможет найти несколько десятков потенциально обитаемых планет в транзитной конфигурации. Это позволит не только определить массу планеты и получить ее спектр, но и определить ее диаметр, а следовательно и среднюю плотность.

Прогноз количества открытий транзитных потенциально обитаемых планет за 5 лет наблюдений, в зависимости от размера космического телескопа. Источник.

Кроме того, отмечается, что ATLAST будет иметь большие возможности и для изучения ближайших галактик:

Карта локальной Вселенной в радиусе 24 миллионов парсек. Радиусы обозначают возможности обнаружения звезд, похожих на наше Солнце, за 100 часов наблюдений в V и I-фильтре с SNR=5 для разных телескопов. Желтый круг для телескопа Хаббл, оранжевый для телескопа Вебб, зеленый и фиолетовый для 8 и 16-метрового варианта телескопа ATLAST. Гигантские спиральные галактики, наподобие нашей или M31 обозначены синими спиралями. Гигантские эллиптические галактики обозначены оранжевыми эллипсоидами. И наконец, небольшие неправильные галактики отмечены на этой схеме зелеными точками. Источник.

Даже для Солнечной Системы будущий космический телескоп должен стать эффективным исследовательским инструментом:

Сравнение изображения астероида Веста телескопом Хаббл (слева) и ATLAST (справа). Источник.

Учитывая, что в последние годы развернулось бурное строительство очень крупных наземных телескопов, которые значительно дешевле космических телескопов, авторы телескопа ATLAST, сравнивают его возможности по спектроскопии с 30-метровым наземным телескопом для очень тусклых звезд (от m=24 до m=30 — от 24 до 30 звездной величины).

Источник.

    Сравнение по спектральной чувствительности различных телескопов для экспозиции в 1 час. Источник.

    В общем, ATLAST по всем параметрам получался фантастически продвинутым телескопом, способным вывести астрономию на совершенно новый уровень. Но, спустя несколько лет, проект тихо исчез из свежих презентаций. Почему? Во-первых, в США разразился финансовый кризис, который повлиял на финансирование космических программ. Во многом, следствием этого, стало закрытие программы Созвездие. Ракета-носитель Арес-5 так и осталась на бумаге. Во-вторых, бюджет проекта космического телескопа Вебб (родоначальника технологии раскрываемого зеркала в космосе) значительно вырос и встал даже вопрос о его закрытие. К счастью, этого не случилось, и запуск телескопа Вебб перенесли с 2014 по 2018 год. А через некоторое время и американская экономика показала признаки выздоровления:

Динамика основного американского экономического индикатора Доу Джонса. Источник.

Другим симптомом улучшения финансирования космических программ США стало возобновление разработки NASA сверхтяжелой ракета-носителя SLS (Космические пусковые системы). Эта ракета-носитель также будет обладать большим головным обтекателем, что важно для запуска очень больших космических телескопов.

Основные американские ракета-носители. Крайние справа - это два варианта SLS. Источник.

Со временем появились и новые упоминания о будущем большом космическом телескопе после телескопа Вебб. В конце 2013 года NASA опубликовало документ о своей стратегии развития астрофизики в ближайшие 30 лет.

  Нынешние и будущие астрофизические проекты NASA. Источник.

  Из этого документа следовало, что после телескопа Вебб, следующим большим оптическим космическим телескопом ожидается LUVOIR Surveyor или Большой ультрафиолетовый/оптический/инфракрасный обозреватель. В документе указано, что этот телескоп будет иметь 8 или 16-метровое зеркало, состоящее из отдельных сегментов. Как несложно заметить, проект LUVOIR Surveyor это фактически аналог прошлого проекта ATLAST. Теперь же в заметке британской газеты (с которой и начался данный рассказ), говорится о 15-метровом космическом телескопе. Более того, теперь его сборка планируется в 2030 году, уже с помощью астронавтов, запускаемых в точку Лагранжа на космическом корабле Орион. Вероятно, в NASA начали понимать всю рискованность сверхдорогих автоматических операций в глубоком космосе без дополнительной возможности подстраховки человеком.

  Конечно, пока можно достаточно скептически подходить к этому проекту, учитывая его фантастическую сложность и стоимость. Тем более, пока финансирование научных программ NASA далеко от идеала (достаточно вспомнить недавнее предварительное решение не продлят работу уникального космического инфракрасного телескопа Спитцер). Но, как говориться, чем черт не шутит. Возможно, читатели этого блога действительно смогут дожить до первых фантастических результатов этого смелого проекта.

Comments

[ardelfi.livejournal.com]

> уже с помощью астронавтов, запускаемых в точку Лагранжа на космическом корабле Орион. Вероятно, в NASA начали понимать всю рискованность сверхдорогих автоматических операций в глубоком космосе без дополнительной возможности подстраховки человеком.

Ой-вэй. А в точке Лагранжа (посмотрите где это -- L2! (http://webb.nasa.gov/orbit.html)) "подстраховка человеком" потребует такой подстраховки, что денег заведомо не хватит. Сколько раз человеки роняли болты-гайки-инструменты на МКС, и даже сейчас там что-то проволокой прикручено было на днях. А в точке Лагранжа такой пустячок равноценен провалу. А сверхдорогими автоматы получаются у НАСА давно и по внутренним причинам -- это не проблема с технологией, а проблема с самой организацией. Вот что бывает (http://en.wikipedia.org/wiki/Lunar_Prospector), когда даже амы делают без насы (обратите внимание на бюджет и достижения).

[za-neptunie.livejournal.com]

В последнее время много пишут, что NASA собирается отправить астронавтов к околоземному астероиду на "Орионе". А до точки либрации лететь примерно столько же.

Конечно операция выглядит рискованная, но это думаю будет дешевле, чем полностью полагаться на автоматику. Помните что с Хабблом было? Зеркало неправильно сделали и гиродины ориентации постоянно ломались. Так астронавты летали несколько раз, чинили, и Хаббл уже 24 года на орбиту успешно работает )

[ardelfi.livejournal.com]

Это вы не думаете, а надеетесь. Полёт "Ориона" -- это столько же автоматики, плюс СЖО, туалеты, кухни, болячки, "failure is not an option" и прочие атрибуты. С Хабблом дело было, да -- делать нормально нужно прежде чем запускать в космос. А ремонты амы хотят сделать автоматическими -- в этом направлении уже много сделано (батареи, топливо и подобное с одного спутника на другой). То что делали с Хабблом, уже не повторится -- добрые жирные годы уже позади. Ну и снова о рисках -- в L2 рисков для людей гораздо больше, чем на МКС. Это открытый, почти дальний космос. Так далеко люди никогда не залетали, поэтому работая в насе надеяться что это "снизит риск" можно только под волшебными грибами.

[za-neptunie.livejournal.com]

"Вот что бывает, когда даже амы делают без насы (обратите внимание на бюджет и достижения)."

Ну тот зонд совсем был простенький. У него даже камеры на борту не было. Запомнился тем, что это были первые похороны на Луне )

[ardelfi.livejournal.com]

Это был полёт с выходом на орбиту Луны и её картографированием. Если для вас это "простенький", то я искренне приветствую вас и хочу знать с какой вы планеты и особенно где запаркован ваш корабль. :)

[za-neptunie.livejournal.com]

"Если для вас это "простенький", то я искренне приветствую вас и хочу знать с какой вы планеты и особенно где запаркован ваш корабль. :)"

По сравнению с тем же LRO, то конечно простенький. К этому времени уже и Европа, и Китай, и Индия, и Япония на лунную орбиту спутники запускали. В общей сложности 6 стран в мире это делали.

[ardelfi.livejournal.com]

Дорогой гость нашей печальной планеты. Я вам просто скажу: полёт с выходом на орбиту Луны для нас пока не "простенько", а очень рискованно и дорого. Любой, кто сделал это за 63 мегабакса с попутным картографированием Луны, делает это лучше всех остальных, в особенности лучше насы.

[gimmor.livejournal.com]

Увы, "без насы", сделать американцам то что они сделали, было бы проблематично.
Потому что, в этом "скромном" бюджете не учитываются предыдущие вложения "насы" в развитие космических, микроэлектронных и пр. технологий. НАСА просто несёт историческое бремя, равно как и Роскосмос, как и любое длительно существующее предприятие.
В любом случае, чтобы двигаться в космос, человечество оплатило и НАСА и РОСКОСМОС и ещё много чего. Ну например безопасность этих деятелей.
Это я к чему. Это к тому, что сумма проекта - пустое число. Это как сменить точку отсчёта и начать считать с нуля.

[za-neptunie.livejournal.com]

Это понятно. У любой крупной государственной организации очень большая социалка - пенсии, пособии и т.д.

У какой-нибудь однодневной фирмочки, которая все начинает с нуля, и только пригласила опытных инженеров и программистов поработать социалки практически нет.

Поэтому и разница по расходам существенная. Но в любом случае без крупных корпораций ни куда, частные фирмы появляются и умирают, а простому человеку хочется стабильности, чтобы у него была нормальная пенсия на старости лет.