Après des années de développement, le projet Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) a reçu 500 $, 000 pour soutenir des travaux supplémentaires alors qu'il entre dans la phase II du programme Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA. Bien qu'il ne s'agisse pas encore d'une mission de la NASA, le LCRT décrit un concept de mission qui pourrait transformer la vision de l'humanité sur le cosmos.

L'objectif principal du LCRT serait de mesurer les ondes radio de grande longueur d'onde générées par l'âge des ténèbres cosmique, une période qui a duré quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, mais avant que les premières étoiles n'apparaissent. Les cosmologistes connaissent peu cette période, mais les réponses à certains des plus grands mystères de la science sont peut-être enfermées dans les émissions radio à grande longueur d'onde générées par le gaz qui aurait rempli l'univers pendant cette période.

"Alors qu'il n'y avait pas d'étoiles, il y avait beaucoup d'hydrogène pendant l'âge des ténèbres de l'univers - de l'hydrogène qui allait éventuellement servir de matière première pour les premières étoiles, " a déclaré Joseph Lazio, radioastronome au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud et membre de l'équipe LCRT. "Avec un radiotélescope suffisamment grand au large de la Terre, nous pourrions suivre les processus qui conduiraient à la formation des premières étoiles, peut-être même trouver des indices sur la nature de la matière noire."

Les radiotélescopes sur Terre ne peuvent pas sonder cette période mystérieuse car les ondes radio à grande longueur d'onde de cette époque sont réfléchies par une couche d'ions et d'électrons au sommet de notre atmosphère, une région appelée l'ionosphère. Les émissions radio aléatoires de notre civilisation bruyante peuvent également interférer avec la radioastronomie, étouffant les signaux les plus faibles.

Mais de l'autre côté de la Lune, il n'y a pas d'atmosphère pour refléter ces signaux, et la Lune elle-même bloquerait le bavardage radio de la Terre. La face cachée de la Lune pourrait être un bien immobilier de premier ordre pour mener des études sans précédent sur l'univers primitif.

"Les radiotélescopes sur Terre ne peuvent pas voir les ondes radio cosmiques à environ 33 pieds [10 mètres] ou plus à cause de notre ionosphère, il y a donc toute une région de l'univers que nous ne pouvons tout simplement pas voir, " dit Saptarshi Bandyopadhyay, un technologue en robotique au JPL et le chercheur principal du projet LCRT. "Mais les idées précédentes de construction d'une antenne radio sur la Lune ont été très gourmandes en ressources et compliquées, nous avons donc été obligés de proposer quelque chose de différent."

Construire des télescopes avec des robots

Pour être sensible aux grandes longueurs d'onde radio, le LCRT devrait être énorme. L'idée est de créer une antenne de plus d'un demi-mile (1 kilomètre) de large dans un cratère de plus de 2 miles (3 kilomètres) de large. Les plus grands radiotélescopes à antenne unique sur Terre, comme le 1, 600 pieds (500 mètres) de télescope sphérique à ouverture de cinq cents mètres (FAST) en Chine et le maintenant inopérant 1, L'observatoire d'Arecibo de 000 pieds de large (305 mètres de large) à Porto Rico a été construit à l'intérieur de dépressions naturelles en forme de bol dans le paysage pour fournir une structure de support.

Cette classe de radiotélescope utilise des milliers de panneaux réfléchissants suspendus à l'intérieur de la dépression pour rendre toute la surface de la parabole réfléchissante aux ondes radio. Le récepteur est alors suspendu via un système de câbles en un point focal sur la parabole, ancrée par des tours au périmètre de la parabole, pour mesurer les ondes radio rebondissant sur la surface incurvée ci-dessous. Mais malgré sa taille et sa complexité, même FAST n'est pas sensible aux longueurs d'onde radio supérieures à environ 14 pieds (4,3 mètres).

Avec son équipe d'ingénieurs, roboticiens, et scientifiques du JPL, Bandyopadhyay a condensé cette classe de radiotélescopes jusqu'à sa forme la plus basique. Leur concept élimine le besoin de transporter des matériaux d'un poids prohibitif vers la Lune et utilise des robots pour automatiser le processus de construction. Au lieu d'utiliser des milliers de panneaux réfléchissants pour focaliser les ondes radio entrantes, le LCRT serait constitué d'un mince treillis métallique au centre du cratère. Un vaisseau spatial livrerait le maillage, et un atterrisseur séparé déposerait des rovers DuAxel pour construire la parabole sur plusieurs jours ou semaines.

DuAxel, un concept robotique en cours de développement au JPL, est composé de deux rovers à un essieu (appelés Axel) qui peuvent se détacher l'un de l'autre mais rester connectés via une attache. Une moitié servirait d'ancre au bord du cratère tandis que l'autre descendrait en rappel pour construire le bâtiment.

"DuAxel résout bon nombre des problèmes associés à la suspension d'une si grande antenne à l'intérieur d'un cratère lunaire, " a déclaré Patrick McGarey, également technologue en robotique au JPL et membre de l'équipe des projets LCRT et DuAxel. "Les rovers Axel individuels peuvent pénétrer dans le cratère lorsqu'ils sont attachés, connecter aux fils, appliquer des tensions, et soulevez les fils pour suspendre l'antenne."

Identifier les défis

Pour que l'équipe fasse passer le projet au niveau supérieur, ils utiliseront le financement de la phase II du NIAC pour affiner les capacités du télescope et les différentes approches de mission tout en identifiant les défis en cours de route.

L'un des plus grands défis de l'équipe au cours de cette phase est la conception du treillis métallique. Pour conserver sa forme parabolique et l'espacement précis entre les fils, le maillage doit être à la fois solide et souple, assez léger pour être transporté. Le maillage doit également être capable de résister aux changements de température sauvages à la surface de la Lune - d'aussi bas que moins 280 degrés Fahrenheit (moins 173 degrés Celsius) à aussi haut que 260 degrés Fahrenheit (127 degrés Celsius) - sans se déformer ni échouer.

Un autre défi consiste à déterminer si les rovers DuAxel doivent être entièrement automatisés ou impliquer un opérateur humain dans le processus de prise de décision. La construction DuAxels pourrait-elle également être complétée par d'autres techniques de construction ? Tirant des harpons sur la surface lunaire, par exemple, peut mieux ancrer le maillage du LCRT, nécessitant moins de robots.

Aussi, tandis que la face cachée de la Lune est "radio silencieuse" pour l'instant, cela peut changer dans le futur. L'agence spatiale chinoise a actuellement une mission d'exploration de la face cachée de la Lune, après tout, et le développement ultérieur de la surface lunaire pourrait avoir un impact sur d'éventuels projets de radioastronomie.

Pour les deux prochaines années, l'équipe du LCRT s'efforcera également d'identifier d'autres défis et questions. S'ils réussissent, ils peuvent être sélectionnés pour un développement ultérieur, un processus itératif qui inspire Bandyopadhyay.

"Le développement de ce concept pourrait produire des percées significatives en cours de route, notamment pour les technologies de déploiement et l'utilisation de robots pour construire des structures gigantesques hors de la Terre, ", a-t-il déclaré. "Je suis fier de travailler avec cette équipe diversifiée d'experts qui inspirent le monde à réfléchir à de grandes idées qui peuvent faire des découvertes révolutionnaires sur l'univers dans lequel nous vivons."