Uluslararası Uzay İstasyonu’na fırlatılan prototip teleskop

Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı (LLNL) araştırmacıları tarafından tasarlanan ve inşa edilen prototip bir teleskop Florida, Cape Canaveral’dan Uluslararası Uzay İstasyonu’na (ISS) fırlatıldı.

Stellar Okültasyon Hiperzamansal Görüntüleme Yükü (SOHIP) olarak bilinen teleskop, atmosferik yerçekimi dalgalarını ve türbülansı gözlemlemek ve ölçmek için bir gimbal üzerinde LLNL patentli monolitik optik teknolojisini kullanıyor.

Salı günü başlatılan SOHIP aracı, ISS’ye girdikten sonra Savunma Bakanlığı’nın Uzay Test Programı-Houston 9 platformunun bir parçası olarak kurulacak.

Disiplinler arası bir Livermore ekibi, SOHIP aletini üretti ve bir ilk Laboratuvar olan NASA’nın ISS’sine dahil edilmek üzere sıkı NASA güvenlik gereksinimlerini karşıladı. SOHIP ayrıca zamanında ve sadece 1 milyon $’lık katı bir bütçeyle teslim edildi.

Pete, “Amacımız, Laboratuvarın patentli yekpare teknolojisinden yararlanan bir çift kompakt, dayanıklı tek ünite teleskopu tasarlamak, geliştirmek ve teslim etmekti ve ISS’ye dahil edilmek üzere yörüngede minimum veya sıfır test gerektiren kullanıma hazır parçalardı” dedi. Supsinskas, LLNL Uzay Bilimi ve Güvenlik Programı baş uzay teknolojisi uzmanı. “Ve bu hedefe ulaştık.”

90 kilometre (km)/56 mil irtifaların altında ses hızının beş katı hızla seyahat eden uçaklar veya füzeler gibi hipersonik araçlar, üst atmosferin uçuş performansını etkileyebilecek aşırı, öngörülemeyen ortamında çalışır. Atmosferik yerçekimi dalgaları – dikey ve yatay olarak yayılırken alt atmosferden üst atmosfere enerji ve momentum taşıyan hava salınımları – okyanus dalgalarının kumsala çarpması gibi türbülans yaratır.

LLNL fizikçisi ve SOHIP baş araştırmacısı Matthew Horsley, “Hipersonik bir araç üzerindeki sınır tabakası, uçuş yolu boyunca atmosferik türbülansa maruz kalırsa, araç üzerindeki aerodinamik sürükleme ve ısı önemli ölçüde artarak aracın kontrolünü etkileyecektir” dedi. “Bu düzensiz yerçekimi dalgalarını veya hipersonik akışları tetikleyen koşulları doğru bir şekilde tahmin edebilirsek, daha iyi araç tasarımı sağlayabilir, maliyetleri azaltabilir ve genel hipersonik uçuş performansını iyileştirebilir.”

Atmosferi anlamak

Üst atmosfer hakkında iyi bilinen bir veri noktası, havanın sıcaklık ve yoğunlukla ölçülen kırılma indisidir. Dünya atmosferindeki koşulların bir başka ölçülebilir yönü, ışığın içinden nasıl geçtiğidir – ortalama kırılma indisine duyarlı ışın bükülmesi meydana gelir. Türbülans ayrıca ışığı etkileyerek parıldamasına neden olur. Yıldızların gece gökyüzünde parıldamalarının nedeni budur.

SOHIP geliştirme ekibi, atmosferik sıcaklık ve yoğunluktaki değişiklikleri algılamak ve türbülansı algılamak için hava kırılmasındaki dalgalanmaları kullanmak için bu olgulardan yararlanmaya karar verdi.

Horsley, “Işın bükülmesini ve parıldamayı dikkatlice ölçerek, bu etkileri yaratan atmosferin özelliklerini tahmin edebiliriz.” Dedi.

SOHIP, bir yalpa çemberi düzeneğine bağlı iki yekpare teleskop kullanır. Gimbal, teleskopların kameralarının ISS’nin “uyanışında” iki parlak yıldızı hedeflemesine izin verir. SOHIP’in uçuş yazılımı ve operasyon lideri Lance Simms, “Asıl zorluk, her kameranın bir yıldızı saniyede 1.000 karenin üzerindeki kare hızlarında görüntülemesi gerektiğidir” dedi. Bu kadar yüksek kare hızlarına ulaşmak için kamera sensörünün yalnızca küçük bir alt dizisini veya “penceresini” okumak gerekir.

“Yıldızın görünen hareketini takip etmek ve onu gimbal kullanarak o pencerede tutmak, kabul edilemez titreşimlere neden olur. Bu nedenle, gimbal al’i sabit tutmak ve bunun yerine pencerenin yıldızı sensör boyunca izlemesini sağlamak için özel aygıt yazılımı ve algoritmalar geliştirdik.”

Yüksek kare hızı, gözlemlenen parıldamanın ölçülmesini kolaylaştırırken, iki teleskop arasındaki göreli ölçümler platform hareketinin ve titreşimin reddedilmesine izin verir. İlk teleskop dar bir görüş alanına sahiptir ve ISS’ye kurulduğunda, görüş hattı Dünya atmosferinden geçerken tek bir parlak yıldızı, “bilim” yıldızını gözlemleyecektir.

İkinci teleskop, ikinci bir yıldızı, atmosferin oldukça üzerinde bir görüş hattına sahip “referans” yıldızı görüntüleyecektir. SOHIP, kırılma bükülmesini belirlemek için bilim yıldızının referans yıldızına göre göreli-açısal ayrımını ölçecektir. Bilim yıldızının parıldaması, aynı zamanda saniyede 1.000 karenin üzerindeki hızlarda bilim yıldızının yoğunluğu kaydedilerek ölçülecektir.

Bir ayakkabı kutusundan çok daha büyük değil

ISS’de bulunan SOHIP, 30 pound ağırlığında ve bir ayakkabı kutusundan çok da büyük değil. Bu son derece küçük paket, benzeri görülmemiş bir yükseklikte ve doğrulukta atmosferik ortalama sıcaklık, basınç ve yoğunluk ve türbülans gücü hakkında yeni bilgiler ortaya çıkaracaktır.

Baş mühendis David Patrick, “SOHIP, hipersonik araç tasarımını ve uçuş performansını optimize etmek için fırsatlar sağlayabilir. SOHIP’in çeşitli açılardan ve yıldız ayarlarından yerçekimi dalgaları hakkında yakaladığı veriler, gelecekteki misyonları bilgilendirerek, üst atmosferik koşulları tahmin etmek için algoritmalar geliştirmemize olanak tanır,” dedi. SOHIP projesi için.

“Birden Çok Uydu Veri Kümesiyle Yerçekimi Dalgalarının Uzaktan Gözlemlenmesi” başlıklı Laboratuvar Yönelimli Araştırma ve Geliştirme (LDRD) fizibilite çalışması, SOHIP verilerinin ISS’deki diğer üç araçtan alınan verilerle birleştirilip birleştirilemeyeceğini araştırıyor. üst atmosfer.

“Dört ISS cihazı tarafından ölçülen atmosferin farklı özelliklerinin, üst atmosfer boyunca 10 kilometre kadar ince bir yatay çözünürlükle yerçekimi dalgalarını gözlemlemek için birleştirilip birleştirilemeyeceğini araştırıyoruz. Yerçekimi dalgalarını karakterize etmek, üst atmosferi daha iyi anlamamızı sağlayacaktır. Laboratuarın Fiziksel ve Yaşam Bilimleri Atmosfer, Dünya ve Enerji Bölümünde doktora sonrası araştırmacı olan Dana McGuffin, “atmosferik dolaşımın koşullarını ve kısıtlama modellerini” söylüyor. Şu anda, ölçümler yalnızca yatay dalga boyları 300 kilometre veya daha büyük olan yerçekimi dalgalarını gözlemleyebilir.

LLNL’den John Ganino, “Atmosferik yerçekimi dalgalarını ve yüksek irtifa türbülansını yer seviyesinden 70 kilometreye kadar uzaktan gözlemleyebilen ekonomik, ölçeklenebilir bir yörünge prototipi geliştirmek, imal etmek, teslim etmek ve göstermek için yola çıktık” dedi. Uzay Donanımı için ortak program lideri.

Laboratuvarın Uzay Bilimi ve Güvenlik Programı program lideri Ben Bahney, “Bu ekibin teknik olarak bu kadar karmaşık bir şeyi bu kadar kısıtlı bir bütçe ve zaman çizelgesinde yapabilmesi, uzmanlığının, işbirlikçi ruhunun ve mükemmellik taahhüdünün bir kanıtıdır” dedi.