Ένα μεγάλο ραδιοτηλεσκόπιο στρέφει το μάτι του στα διαστημικά σκουπίδια

Στο Overmatched, ρίχνουμε μια προσεκτική ματιά στην επιστήμη και την τεχνολογία στην καρδιά της αμυντικής βιομηχανίας – τον κόσμο των στρατιωτών και των κατασκόπων.

ΜΙΑ ΨΗΛΗ ΚΟΙΛΑΔΑ


στα βουνά της Δυτικής Βιρτζίνια φιλοξενεί ένα από τα μεγαλύτερα ραδιοτηλεσκόπια του κόσμου: ένα μεγαθήριο με λευκό πάνελ που ονομάζεται τηλεσκόπιο Green Bank, του οποίου το πιάτο είναι μεγαλύτερο από ένα γήπεδο ποδοσφαίρου και του οποίου το ανώτερο σημείο είναι σχεδόν τόσο ψηλό όσο αυτό του Μνημείου της Ουάσιγκτον. Αυτό το τηλεσκόπιο συνήθως συλλέγει εκπομπές ραδιοκυμάτων από κοσμικά φαινόμενα όπως μαύρες τρύπες, πάλσαρ, υπολείμματα σουπερνόβα και κοσμικά αέρια. Όταν κάνει αυτή τη δουλειά, λαμβάνει αυτές τις εκπομπές παθητικά. Τώρα όμως είχε εμπειρία με ένα νέο, πιο ενεργό εργαλείο: έναν πομπό ραντάρ.

Χάρη στον αμυντικό εργολάβο Raytheon, το τηλεσκόπιο έχει εξασκηθεί να εκπέμπει τα δικά του ραδιοκύματα, να χρησιμοποιεί το μεγάλο πιάτο για να τα κατευθύνει και να τα αναπηδά από αντικείμενα στο διάστημα. Τα ανακλώμενα σήματα στη συνέχεια συλλέχθηκαν από

περισσότερο

ραδιοτηλεσκόπια — κεραίες διασκορπισμένες σε όλο τον πλανήτη που αποτελούν μέρος μιας συλλογής οργάνων που ονομάζονται Very Long Baseline Array. Τα δεδομένα από αυτά τα σήματα ραντάρ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή λεπτομερών εικόνων και για να μάθουν περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με το φεγγάρι, τους πλανήτες, τους αστεροειδείς και τα διαστημικά συντρίμμια – ένα σύνολο στόχων που ενδιαφέρουν τόσο την επιστήμη όσο και την αμυντική κοινότητα.

Γένεση ραντάρ

Για τη συνεργασία φταίει ο Στίβεν Γουίλκινσον. «Είμαι ο υποκινητής», εξομολογείται χαριτολογώντας ο Wilkinson, κύριος τεχνικός συνεργάτης της Raytheon. Το 2019, ο Wilkinson εργαζόταν σε εξαιρετικά ακριβή ρολόγια, αλλά έπρεπε να βρει μια νέα ροή χρηματοδότησης. Πήγε λοιπόν στη συνάντηση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας, ελπίζοντας να μιλήσει σε κάποιον από το Εθνικό Παρατηρητήριο Ραδιοαστρονομίας (NRAO) σχετικά με αυτά τα ρολόγια – μια τεχνολογία αναπόσπαστη για τα όργανα των ραδιοτηλεσκοπίων. Το NRAO είναι ένα σύνολο από ομοσπονδιακά χρηματοδοτούμενα τηλεσκόπια που μπορούν να χρησιμοποιήσουν αστρονόμοι από όλο τον κόσμο.

Στη συνάντηση, ο Wilkinson συνάντησε τον διευθυντή του NRAO, Tony Beasley, και ο Beasley ήθελε πράγματι έναν συνεργάτη – αλλά όχι για τη μέτρηση του χρόνου. Ήθελε έναν συνεργάτη στα ραντάρ. «Αυτή είναι η βασική μας ικανότητα ως εταιρεία», λέει ο Wilkinson. «Απλώς δεν πίστευα στα αυτιά μου».

Πάντα παιχνίδι για ένα νέο πείραμα, ο Wilkinson επέστρεψε στο Raytheon και προσπάθησε να πείσει τα αφεντικά να βάλουν έναν πομπό ραντάρ στο γιγάντιο τηλεσκόπιο Green Bank—πρώην μέρος του NRAO, τώρα δική του ξεχωριστή εγκατάσταση αλλά συχνά συνεργάτης σε έργα NRAO. (Αποκάλυψη: Εργάστηκα στο Παρατηρητήριο Green Bank, όπου βρίσκεται το τηλεσκόπιο Green Bank, ως εκπαιδευτικός από το 2010 έως το 2012.)

«Για τα ραντάρ, ανησυχείτε για την αποστολή ενός σήματος και μετά τη λήψη του», λέει ο Πάτρικ Τέιλορ, επικεφαλής του κοινού τμήματος ραντάρ του NRAO και του Παρατηρητηρίου της Green Bank. «Έτσι χάνεις πολύ από τη δύναμή σου όταν σβήνεις και μετά επιστρέφεις ξανά. … Υπό αυτή την έννοια, χρειάζεστε πραγματικά μεγάλα τηλεσκόπια. Και τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια στον κόσμο είναι τα ραδιοτηλεσκόπια». Η σειρά των τηλεσκοπίων που θα έπιαναν το σήμα επιστροφής, βολικά, ανήκει στο NRAO.

Μέχρι τον Οκτώβριο του 2020, η κοινή ομάδα του ραδιοπαρατηρητηρίου Raytheon είχε κατασκευάσει έναν πρωτότυπο πομπό 700 Watt—περίπου τόσο ισχυρό όσο ένας οικιακός φούρνος μικροκυμάτων—και τον τοποθέτησε στο επίκεντρο του τηλεσκοπίου.

Με το σύστημα στη θέση του, η κοινή ομάδα έχει πραγματοποιήσει από τότε τρία είδη δοκιμών: πειράματα που αφορούν το φεγγάρι, έναν αστεροειδή και τα διαστημικά συντρίμμια. «Αυτά είναι τα τρία κύρια πεδία που θέλουμε να εξετάσουμε», λέει ο Taylor. «Σώματα πλανητικής κλίμακας, όπως το φεγγάρι. μικρά σώματα, όπως αστεροειδείς και κομήτες, για την πλανητική επιστήμη και την πλανητική άμυνα. και τα διαστημικά σκουπίδια, ουσιαστικά για την ασφάλεια, την ασφάλεια και την επίγνωση του τι υπάρχει εκεί έξω γύρω από τη Γη».

Το σύστημα που φωτίζει όλα αυτά τα αντικείμενα -φυσικά και συνθετικά- είναι το ίδιο: τα σήματα ραντάρ φεύγουν από το τηλεσκόπιο, αναπηδούν από τα αντικείμενα και επιστρέφουν για να συλλεχθούν από άλλα τηλεσκόπια.

Πάνω από το φεγγάρι

Οι δοκιμές σελήνης επέστρεψαν ίσως τα πιο εντυπωσιακά αποτελέσματα, δείχνοντας πορτρέτα του τόπου προσγείωσης του

Apollo

15 και του κρατήρα Tycho με λεπτομέρεια, όπως μπορείτε να βρείτε σε έναν τεταρτημόριο χάρτη της Γης του Γεωλογικού Ινστιτούτου των Ηνωμένων Πολιτειών. Οι φωτογραφίες, που τραβήχτηκαν από εκατοντάδες χιλιάδες μίλια μακριά, διαθέτουν παρόμοιο επίπεδο λεπτομέρειας με αυτές που τραβήχτηκαν με την κάμερα υψηλής τεχνολογίας στο Lunar Reconnaissance Orbiter, το οποίο, όπως υποδηλώνει το όνομά του, βρίσκεται σε τροχιά γύρω από το φεγγάρι.

Αργότερα, η ομάδα πυροβόλησε ραδιοκύματα σε έναν αστεροειδή 1,3 εκατομμύρια μίλια από τη Γη. Το βραχώδες σώμα είχε πλάτος περίπου 0,6 μίλια—αρκετά μικρό για να δημιουργήσει εντυπωσιακές φωτογραφίες από μακριά, αλλά πολύ μεγάλο για άνεση αν βρισκόταν σε τροχιά σύγκρουσης με τη Γη. Η εύρεση τέτοιων αστεροειδών, η παρακολούθηση των τροχιών τους και η κατανόηση των χαρακτηριστικών τους θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να μάθουν εάν μια παγκόσμια καταστροφή στρέφεται προς τον πλανήτη και να αναπτύξουν στρατηγικές μετριασμού, αν υπάρχει – ικανότητα που έδειξε πρόσφατα το Δοκιμή Ανακατεύθυνσης Διπλού Αστεροειδούς. (Αυτή η αποστολή περιελάμβανε το χτύπημα ενός διαστημικού σκάφους σε έναν αστεροειδή σε τροχιά με έναν άλλο αστεροειδή, για να δούμε αν το χτύπημα θα μπορούσε να αλλάξει την τροχιά του. Ήταν επιτυχής.)

«Το ραντάρ δεν είναι εξαιρετικό για την εύρεση αστεροειδών με την έννοια της ανακάλυψής τους», λέει ο Taylor, «αλλά το ραντάρ είναι εξαιρετικό για την παρακολούθηση, την παρακολούθηση και τον χαρακτηρισμό τους αφού ανακαλυφθούν από οπτικά ή υπέρυθρα παρατηρητήρια».

Είναι σημαντικό, ωστόσο, ότι και οι δύο πλευρές της ομάδας -εκείνες από το Raytheon και εκείνες από το Παρατηρητήριο Green Bank και το NRAO- ενδιαφέρονται επίσης να χρησιμοποιήσουν το σύστημα ραντάρ για να ελέγξουν τα διαστημικά συντρίμμια. Αυτά τα αντικείμενα θα είναι εκείνα που βρίσκονται μακριά, μεταξύ γεωστατικής τροχιάς (περίπου 22.000 μίλια από τη Γη) και σεληνιακής τροχιάς. «Με τόσα περισσότερα ωφέλιμα φορτία να πηγαίνουν στο φεγγάρι, θα υπάρχουν όλο και περισσότερα σκουπίδια εκεί έξω», λέει ο Taylor. «Ειδικά αν αρχίσουμε να στέλνουμε ανθρώπινα ωφέλιμα φορτία, κάτι που προφανώς σκοπεύουμε να κάνουμε, θα θέλετε να μπορείτε να παρακολουθείτε αυτά τα συντρίμμια».

Ο Wilkinson αναφέρει ως παράδειγμα τον πρόσφατο ενισχυτή πυραύλων από την αποστολή Artemis I, έναν πρόδρομο για την αποστολή ανθρώπων πίσω στο φεγγάρι. «Αυτό θα ήταν κάτι που θα προσπαθούσαμε να πάμε και να το βρούμε, να το φανταστούμε και να κάνουμε μερικά ωραία πράγματα», λέει.

Η γνώση της φύσης των συντριμμιών ενδιαφέρει τους επιστήμονες και τα πολιτικά έργα που μπορεί να τολμήσουν μακριά, αλλά είναι επίσης σχετική με την άμυνα:

Διαστημική Δύναμη

για παράδειγμα, παρακολουθεί το πρόβλημα και το Ερευνητικό Εργαστήριο της Πολεμικής Αεροπορίας (AFRL) εργάζεται ακόμη και σε ένα πρόγραμμα που ονομάζεται

Σύστημα περιπολίας εθνικών οδών Cislunar

(CHPS), το οποίο σύμφωνα με δήλωση του AFRL «θα αναζητήσει άγνωστα αντικείμενα, όπως συντρίμμια που σχετίζονται με την αποστολή, σώματα πυραύλων και άλλα αντικείμενα που δεν είχαν εντοπιστεί προηγουμένως, καθώς και ενημερώσεις θέσης σε διαστημόπλοια που λειτουργούν αυτήν τη στιγμή κοντά στο φεγγάρι ή άλλες σεληνιακές περιοχές δύσκολο να παρατηρήσεις από τη Γη».

Σίγουρα, δεν θέλετε κομμάτια διαστημικών σκουπιδιών να βλάψουν τους αστροναύτες ή να βλάψουν ή να καταστρέψουν διαστημόπλοια. Αλλά

Στρατός

και

νοημοσύνη

Οι αξιωματούχοι προσπαθούν επίσης, γενικά και ειδικά μέσω προγραμμάτων όπως το CHPS, να μάθουν περισσότερα για τα διαστημόπλοια του καθενός εκεί έξω και για το τι κάνουν. Το ισχυρό ραντάρ με βάση τη Γη, εάν είναι ικανό να παρακολουθεί συντρίμμια, θα είναι τεχνολογικά ικανό να κάνει το ίδιο και σε ενεργούς δορυφόρους.

Ας πιάσουμε

Η ελπίδα της ομάδας είναι ότι ένα σύστημα ραντάρ υψηλότερης ισχύος θα ήταν μια μόνιμη βάση στο τηλεσκόπιο τώρα που το πρωτότυπο χαμηλής ισχύος έχει κάνει τη δουλειά επίδειξης. Το έργο μπορεί να ανατροφοδοτήσει τα άλλα έργα της Raytheon. «Θα μπορούσαμε να αναλάβουμε λίγο περισσότερο ρίσκο για να αναπτύξουμε την τεχνολογία και τα πράγματα που μαθαίνουμε εδώ και στη συνέχεια να τα διπλώσουμε ξανά στα άλλα προϊόντα μας», λέει ο Wilkinson. Αυτό το σύστημα θα μπορούσε να αποτελέσει ένα κρεβάτι δοκιμής, λέει, για τις μελλοντικές εργασίες παρακολούθησης της εταιρείας στο διάστημα μεταξύ γεωστατικής τροχιάς και φεγγαριού – ένα επιστημονικό πείραμα που θα μπορούσε να οδηγήσει στην επόμενη γενιά τεχνολογίας «διαστημικής επίγνωσης της κατάστασης».

Και οι δύο πλευρές της ομάδας εργάζονται σε έναν εννοιολογικό σχεδιασμό για το σύστημα υψηλότερης ισχύος με χρηματοδότηση από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών. Η Flora Paganelli, επιστήμονας του έργου στο τμήμα ραντάρ του NRAO, λέει ότι είναι η πρώτη φορά που μπόρεσε να βοηθήσει στη δημιουργία ενός επίγειου τηλεσκοπικού εργαλείου καθώς κατασκευάζεται. Προηγουμένως, ήταν μέλος της Cassini Radar

Science

Team και εργάστηκε επίσης στο Ινστιτούτο SETI πριν ενταχθεί στο NRAO.

Η συμβολή σε αυτό το όργανο είναι πολύ σημαντική αυτή τη στιγμή. Για ερευνητές όπως ο Paganelli, ένα τέτοιο όργανο θα ενίσχυε την επιστήμη με πιο σημαντικό τρόπο από ό,τι θα είχε ακόμη και πριν από λίγα χρόνια. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι πριν από μερικά χρόνια, οι ΗΠΑ είχαν δύο «πλανητικά ραντάρ» ή συστήματα που λειτουργούσαν όπως η επιτήρηση του φεγγαριού, των πλανητών και των αστεροειδών.

Σήμερα, υπάρχει μόνο ένα – η Goldstone, στην Καλιφόρνια – επειδή η άλλη, στο εμβληματικό Αστεροσκοπείο Arecibo στο Πουέρτο Ρίκο, δεν είναι πλέον χρησιμοποιήσιμο. Δυστυχώς, το τηλεσκόπιο κατέρρευσε το 2020: Η πλατφόρμα που κρεμόταν πάνω από το πιάτο έπεσε στα πάνελ του. Ο Τέιλορ εργάστηκε εκεί για χρόνια, πριν κάνει μια θητεία στο Σεληνιακό και Πλανητικό Ινστιτούτο και μετά έρθει στο NRAO. «Έχοντας ένα ραντάρ στο τηλεσκόπιο Green Bank, είναι κάτι που θεωρούσαμε για πολλά χρόνια, ουσιαστικά ως τρόπο συμπλήρωσης των άλλων υπαρχόντων συστημάτων», λέει.

Επειδή δεν υπάρχουν σταθερά σχέδια για την ανοικοδόμηση του Arecibo ή κάτι παρόμοιο, η Green Bank αντιπροσωπεύει την καλύτερη ελπίδα για ένα δεύτερο τέτοιο σύστημα ραντάρ στις Ηνωμένες Πολιτείες. «Έγινε κάπως από κάτι που θα μπορούσε να συμπληρώσει τον Arecibo σε κάτι που θα μπορούσε να παρέμβει και να καλύψει το κενό», λέει ο Taylor για το σύστημα της Green Bank. Ο Paganelli σημειώνει ότι η τεχνογνωσία των ραντάρ της επιστημονικής κοινότητας θα μπορούσε τώρα να συγχωνευθεί εκεί.

Ο Wilkinson, αν και προέρχεται από τη σφαίρα της εταιρικής εθνικής ασφάλειας, έχει επίσης εγγενές ενδιαφέρον για την αστρονομία, γεγονός που τον κάνει συναρπαστικό αυτό το έργο διπλής χρήσης. Επίσης συναρπαστικό: η διαφάνεια της αστρονομίας. «Πολλά από τα πράγματα που κάνουμε εδώ, συνήθως, δεν μπορούμε να μιλήσουμε», λέει ο Wilkinson, της Raytheon. Τα μυστικά του σύμπαντος, από την άλλη πλευρά, είναι εκεί για να τα ανακαλύψουμε και να τα μοιραστούμε, όχι να τα κρατήσουμε.

Διαβάστε περισσότερες ιστορίες PopSci+.