Сцинтилляционная решетка + хороший компьютер = синтетическая апертура

Пульсары не совсем дискретные и тихие вещи. И радиотелескопы на самом деле не должны выглядеть так, как в фильме «Контакт» . На самом деле... радиотелескоп, обнаруживший сегодня первый пульсар, выглядит так:

Межпланетная сцинтилляционная решетка, Радиоастрономическая обсерватория Малларда, Кембридж, Великобритания

Да, эти неровные столбы и провисшие провода — это то, что первым приняло сигналы от пульсара, который ласково стал называться LGM-1 (Маленькие зеленые человечки 1) .

Таким образом, вам не нужно накрывать антенну большими металлическими листами, как на параболических антеннах. Вашему кораблю нужна не большая тарелка, а несколько «бакенбардов». Они не должны быть массивными, они просто должны быть длинными , скажем, до 100 метров для красивого круглого числа.

Этому также помогает тот факт, что вы можете «обмануть», заставив компьютер сравнивать сигналы от каждого отдельного уса. Запустив некоторые быстрые и причудливые математические вычисления для входящих сигналов, вы создадите фальшивую антенну, которая будет такой же большой, как если бы это была массивная тарелка с радиусом в сто метров. Это известно как синтетическая апертура . И даже если собранная энергия сигналов пульсара не станет такой многочисленной, как это было бы с «твердым» диском, предельное угловое разрешение таково, что становится легко выделить соответствующие сигналы из шума.

Так может ли радиотелескоп, который может прослушивать пульсары-маяки, пережить космический полет? О да, может . Вы просто сбрасываете тормозные грузы, которые раскручивают «усы», и вскоре у вас будут пеленги всех пульсаров, необходимые для точной оценки вашего положения.

Вы не хотите, чтобы ваша тарелка висела на ветру, когда вы приближаетесь. Вы хотите этого, когда хотите, а не до или после. Вам нужна надувная тарелка.

с http://www.gatr.com/products/4m-antenna-system

Компания GATR представила надувной узел связи 4-метрового класса. Уникальная форма и дизайн GATR позволили создать эту антенну большой емкости длиной 4,0 м, которая на 80+% меньше по объему и весу, чем развертываемые жесткие антенны сопоставимого размера (4 ящика, общий вес менее 400 фунтов).

Ваш гладкий, учтивый космический корабль скользит сквозь космос. При всплытии и желании зафиксировать пульсары развертываются надувные радиотелескопы типа GATR. Они раздуваются до очень больших размеров, что позволяет быстро обнаруживать рассматриваемые пульсары.

После прослушивания импульсов (они звучат хорошо) вы спускаете воздух из радиотелескопов GATR, закачивая газ для накачивания обратно в цилиндры. Спущенные GATRS упакованы, и ваш корабль корректирует курс и уносится прочь.

Игнорирование количества вероятного технологического прогресса между тогда и сейчас

Такой специализированный и большой инструмент, как радиотелескоп, нельзя было бы держать открытым, если бы в нем не было необходимости. Дело в космосе в том, что вам не нужно так сильно беспокоиться о структурной инженерии против гравитации. Таким образом, у вас могут быть очень тонкие слабо поддерживаемые конструкции, которые могут растягиваться по требованию.

В настоящее время в космосе этим постоянно пользуются. Когда спутник выводится на орбиту, в большинстве случаев его солнечные панели выкатываются. Когда зонд достигает места назначения, его антенны раскрываются. Радиотелескоп мало чем отличается от антенной тарелки. Это снижает вероятность его повреждения.

Рентгеновские пульсары

Из https://www.seeker.com/how-to-use-a-pulsar-to-find-starbucks-discovery-news-1766499711.html

По-видимому, рентгеновские пульсары легче увидеть

Или вы можете поискать пульсары, испускающие рентгеновские лучи, сигнал которых намного ярче. Рентгеновские антенны также меньше и легче, говорит физик Ричард Матцнер из Техасского университета в Остине. Их недостатком является сверхчувствительность к электронам, окружающим Землю.

Но система позиционирования на основе рентгеновских лучей может определить объект с точностью до 10 метров, что является улучшением по сравнению со 100-метровой точностью радиопульсарной системы.

Физический стресс от движения не будет проблемой.

Каждый телескоп на Земле рассчитан на бесконечное ускорение 9,8 м/с ² .

Ускорение до 0,01 с (299 792,4,58 м/с) в течение 2 недель (1209 600 с) может быть достигнуто при постоянном ускорении 2,48 м/с ² .

Поскольку это намного ниже, чем мы проектируем телескопы на Земле, должно быть легко спроектировать телескоп, способный выдерживать такой уровень ускорения.

Может ли телескоп выдержать удары микрометеоритов?

Данных о плотности микрометеороидов довольно мало, и мне не удалось их найти. Тем не менее, я думаю, что разумно использовать плотность частиц в качестве прокси. Мы можем получить различные данные о плотности частиц из этого поста на Space.SE, этой статьи от NASA/Goddard и подборки цитат о межзвездном пространстве здесь. Ключевым здесь будет преобразование единиц. Перечислим все в кг/м$^3$.

Из графика Space.SE мы имеем около$2\times10^{-13}$кг/м$^3$на орбите 550 км, где находится телескоп Хаббл. Плотность солнечного ветра на расстоянии Земли можно преобразовать из частиц на см$^3$к плотности, приняв массу частицы$.002 / 6.02\times10^{23} kg$. Оценка 0,002 связана с тем, что большинство частиц в космосе представляют собой водород или гелий. Это дает нам плотность околоземных частиц$3\times10^{-14}$кг/м$^3$. Это также в целом согласуется с цифрами от Space.SE на высоте 1000 км. Наконец, для оценок межзвездной плотности 0,1-1000 атомов/см$^3$, мы конвертируем тем же методом в диапазон$1\times10^{-16}$-$1\times10^{-12}$кг/м$^3$. Обратите внимание, что мы не должны видеть верхнюю границу диапазона, за исключением молекулярных облаков . Предполагая, что мы можем направить наш телескоп подальше от них, мы должны путешествовать в пространстве в нижней части спектра.

Масса — не единственное, что может привести к столкновениям; скорость тоже. На самом деле мы должны измерять поток массы, массу частиц, с которыми мы сталкиваемся на единицу площади в секунду. Теперь здесь будет трудно точно узнать скорость частиц в направлении объекта, когда он мчится в пространстве, так как это векторная задача. Итак, мы сделаем некоторые предположения для лучшего случая для Хаббла и худшего случая для нашего телескопа.

Хаббл движется со скоростью примерно 8 км/с. Предположим, что частицы не движутся, мы умножаем скорость Хаббла на массовую плотность частиц LEO, чтобы получить$8000\cdot2\times10^{-13}=2\times10^{-9} \frac{\text{kg}}{\text{m}^2\text{s}}$. Для нашего телескопа, стоящего в солнечном ветре на околоземной орбите, где солнечный ветер имеет скорость около 500 км/с, для потока$500000\cdot3\times10^{-14}=2\times10^{-8} \frac{\text{kg}}{\text{m}^2\text{s}}$. Для нашего телескопа, движущегося со скоростью 0,01с относительно межзвездной среды (низкая оценка, поскольку мы следим за тем, куда идем), поток равен$3000000\cdot1\times10^{-16}=3\times10^{-10}\frac{\text{kg}}{\text{m}^2\text{s}}$.

Таким образом, наш телескоп видит в пределах порядка величины поток частиц, который Хаббл наблюдал с 1993 года. Таким образом, главный вопрос: был ли Хаббл поврежден микрометроидами? Что ж, в 1993 году у Хаббла действительно была замена зеркала, но с тех пор, насколько я могу судить, зеркало не ремонтировалось и не заменялось никакими последующими сервисными миссиями, и сегодня Хаббл, очевидно, работает нормально. Это означает, что прекрасное оптическое оборудование Хаббла не было (значительно) повреждено в космосе почти 25 лет. Исходя из этого, кажется, что угроза частиц для гигантского космического зеркала не намного выше, чем для Хаббла, и мы можем ожидать, по крайней мере, 25-летнюю продолжительность жизни.

Сможет ли телескоп выдержать такое ускорение?

0,01с - это 3 000 000 м/с. Разделив на две недели, вы получите 2,5 м/с.$^2$. Поскольку это меньше 1 г, само собой разумеется, что все, что может структурно выжить на планете Земля, также переживет это ускорение. Есть много структур, которые по крайней мере 100 м в поперечнике. Возможно, наиболее применимо то, что некоторые варианты Airbus A380 имеют размах крыльев 90 м, поэтому, если это возможно с аэрокосмическими материалами (например, алюминием), то это возможно и в космосе. Без какой-либо турбулентности в космосе я не вижу никакого способа, которым телескоп должен быть сильнее, чем большое крыло самолета.

Любые другие соображения?

Я не могу думать ни о каком. В общем, я думаю, мы должны подумать о судьбе наших зондов внешних планет. Из Pioneer 10/11, Voyager 1/2, Galileo, Cassini и New Horizons ни один из них ни во что не врезался. Насколько я могу судить, основные трудности (с "Вояджером-2" и "Галилео", если не ошибаюсь) были связаны с радиацией. Но эти трудности происходили в непосредственной близости от гигантских радиационных полей. Хорошее картографирование солнечной системы должно позволить вам отправить свой телескоп в глубокий космос, не столкнувшись с неожиданным излучением.

Вывод

Из имеющихся у меня свидетельств я делаю вывод, что большой радиотелескоп можно было бы переместить в дальний космос без значительных повреждений, и можно было бы ожидать, что он будет работать в течение как минимум десятилетий, даже не считая различных усовершенствований космической техники, которые можно было бы ожидать в ближайшем будущем. будущее.