Prototip teleskopa koji su dizajnirali i izgradili istraživači Nacionalne laboratorije Lorens Livermor (LLNL) lansiran je sa Kejp Kanaverala na Floridi na Međunarodnu svemirsku stanicu (ISS).
Poznat kao Stellar Occultation Hipertemporal Imaging Paiload (SOHIP), teleskop koristi LLNL patentiranu monolitnu optičku tehnologiju na kardanu za posmatranje i merenje atmosferskih gravitacionih talasa i turbulencije.
Lansiran u utorak, instrument SOHIP biće instaliran kao deo programa svemirskih testova Ministarstva odbrane – platforma Hjuston 9 kada se nađe na ISS-u.
Interdisciplinarni tim iz Livermora proizveo je SOHIP instrument i ispunio rigorozne NASA-ine bezbednosne zahteve za uključivanje u NASA-in ISS, prvi laboratorijski. SOHIP je takođe isporučen na vreme i sa štedljivim budžetom od samo 1 milion dolara.
„Naš cilj je bio da dizajniramo, razvijemo i isporučimo par kompaktnih, izdržljivih teleskopa sa jednom jedinicom koristeći patentiranu monolitnu tehnologiju Laboratorije i gotove delove koji zahtevaju minimalno ili nulto testiranje na orbiti za uključivanje na ISS“, rekao je Pit Supsinskas, glavni svemirski tehnolog za LLNL program svemirske nauke i bezbednosti. „I ispunili smo taj cilj.
Hipersonična vozila — avioni ili projektili — koja putuju pet puta većom brzinom od zvuka ispod visina od 90 kilometara (km)/56 milja — rade u ekstremnom, nepredvidivom okruženju gornje atmosfere, što može uticati na performanse leta. Atmosferski gravitacioni talasi — oscilacije vazduha koje prenose energiju i zamah iz niže u gornju atmosferu dok se šire vertikalno i horizontalno — stvaraju turbulencije poput okeanskih talasa koji se razbijaju o plažu.
„Ako je granični sloj na hipersoničnom vozilu izložen atmosferskim turbulencijama duž putanje leta, aerodinamički otpor i toplota na vozilu će se značajno povećati, što će uticati na kontrolu vozila“, rekao je Metju Horsli, fizičar LLNL-a i glavni istraživač SOHIP-a. „Ako bismo mogli tačno da predvidimo uslove koji pokreću ove nestalne gravitacione talase ili hipersonične tokove, to bi moglo da informiše bolji dizajn vozila, smanji troškove i poboljša ukupne performanse hipersoničnog leta.“
Jedna dobro poznata tačka podataka o gornjoj atmosferi je indeks prelamanja vazduha, izmeren temperaturom i gustinom. Još jedan merljivi aspekt uslova u Zemljinoj atmosferi je način na koji svetlost prolazi kroz nju – dešava se savijanje zraka, osetljivo na srednji indeks prelamanja. Turbulencija takođe utiče na svetlost, izazivajući njeno scintilisanje. To je razlog zašto se čini da zvezde svetlucaju na noćnom nebu.
Razvojni tim SOHIP-a odlučio je da iskoristi ove fenomene kako bi osetio promene atmosferske temperature i gustine i koristio fluktuacije u prelamanju vazduha za otkrivanje turbulencije.
„Pažljivim merenjem savijanja zraka i scintilacije, možemo proceniti svojstva atmosfere koja je stvorila ove efekte“, rekao je Horsli.
SOHIP koristi dva monolitna teleskopa, pričvršćena na kardan. Kardan omogućava kamerama teleskopa da ciljaju dve sjajne zvezde u „budu“ ISS-a. „Pravi izazov je to što svaka kamera treba da snimi zvezdu brzinom od preko 1.000 kadrova u sekundi“, rekao je Lens Sims, SOHIP-ov softver za letenje i operativni rukovodilac. Da bi se postigla tako visoka brzina kadrova, potrebno je čitanje samo malog podnisa ili „prozora“ senzora kamere.
„Praćenje očiglednog kretanja zvezde i držanje u tom prozoru pomoću kardana bi dovelo do neprihvatljivih vibracija. Dakle, razvili smo specijalizovani firmver i algoritme da bi kardan ostao fiksiran i da bi prozor umesto toga pratio zvezdu preko senzora.“
Visoka brzina kadrova olakšava kvantifikaciju uočenih scintilacija, dok relativna merenja između dva teleskopa omogućavaju odbijanje kretanja i vibracija platforme. Prvi teleskop ima usko vidno polje i kada bude postavljen na ISS, posmatraće jednu svetlu zvezdu, „naučnu“ zvezdu, dok njena vidna linija prolazi kroz Zemljinu atmosferu.
Drugi teleskop će snimiti drugu zvezdu, „referentnu“ zvezdu sa vidnom linijom znatno iznad atmosfere. SOHIP će meriti relativno ugaono razdvajanje naučne zvezde u odnosu na referentnu zvezdu da bi odredio njeno refrakciono savijanje. Scintilacija naučne zvezde će se meriti i snimanjem intenziteta naučne zvezde brzinom od preko 1.000 kadrova u sekundi.
Na ISS-u, SOHIP je težak 30 funti i nije mnogo veći od kutije za cipele. Ovaj izuzetno mali paket će otkriti nove uvide u srednju atmosfersku temperaturu, pritisak i gustinu i jačinu turbulencije na visini i preciznosti bez presedana.
„SOHIP može pružiti mogućnosti za optimizaciju dizajna hipersoničnog vozila i performansi leta. Podaci koje SOHIP hvata o gravitacionim talasima iz više uglova i podešavanja zvezda će informisati buduće misije, omogućavajući nam da unapredimo algoritme za predviđanje gornjih atmosferskih uslova“, rekao je Dejvid Patrik, glavni inženjer za projekat SOHIP.
Naredna studija izvodljivosti usmerena na laboratorijsko istraživanje i razvoj (LDRD) pod nazivom „Daljinsko posmatranje gravitacionih talasa sa više skupova satelitskih podataka“ istražuje da li se SOHIP podaci mogu kombinovati sa podacima iz tri druga instrumenta na ISS-u za merenje atmosferskih gravitacionih talasa koji uznemiravaju gornju atmosferu.
„Istražujemo da li se različita svojstva atmosfere merena pomoću četiri ISS instrumenta mogu kombinovati da bismo posmatrali gravitacione talase sa horizontalnom rezolucijom od čak 10 kilometara u gornjoj atmosferi. Karakterizacija gravitacionih talasa će nam omogućiti da bolje razumemo gornju atmosferu uslovljavaju i ograničavaju modele atmosferske cirkulacije“, kaže Dana McGuffin, postdoktorski istraživač u Laboratorijskom odeljenju za atmosferu, zemlju i energiju za fizičke i životne nauke. Trenutno merenja mogu da posmatraju samo gravitacione talase sa horizontalnim talasnim dužinama od 300 kilometara ili više.
„Nameravali smo da razvijemo, proizvedemo, isporučimo i demonstriramo ekonomičan, skalabilan prototip na orbiti sposoban da daljinski posmatra atmosferske gravitacione talase i turbulencije na velikim visinama od nivoa zemlje do visina do 70 kilometara“, rekao je Džon Ganino, LLNL saradnik vođe programa za svemirski hardver.
„Činjenica da bi ovaj tim mogao da uradi nešto tako tehnički složeno u tako malom budžetu i vremenskom okviru svedoči o njegovoj stručnosti, duhu saradnje i posvećenosti izvrsnosti“, rekao je Ben Bahnei, vođa programa Laboratorijskog programa za svemirsku nauku i bezbednost.
