Teleskope auf Ballons könnten ein Spiel sein

Wenn Sie an innovative neue Raumstartkonzepte denken, denken Sie wahrscheinlich an Raketen wie das SpaceX-Starship- oder NASA-Weltraumstartsystem, das Teleskope oder Roboter-Explorierer in Orbit und darüber hinaus trägt. Und sicherlich sind Raketen hier, um zu bleiben, und verbleiben die Hauptart, um die Dinge über die Schwerkraft der Erde hinaus zu tragen. Eine alternative und billigere Option könnte jedoch von einer viel älteren Technologieform stammen: Ballons.

• Auf und davon
• Eine neue Art von Ballon
• ein von einem Ballon loftes Teleskop
• Wie fliegst ein Teleskop, das an einem Ballon befestigt ist

Inhalt

• Auf und davon
• Eine neue Art von Ballon
• Ein von einem Ballon loftes Teleskop
• So fliegen Sie ein Teleskop, das an einem Ballon befestigt ist
• Superbit und darüber hinaus

Ballons mit heißer Luft oder Gas gefüllt, wurden seit Jahrhunderten in den Himmel in den Himmel, mit Aufzeichnungen des alten chinesischen Militärs mit Ballons zur Signalisierung bis zum 3. Jahrhundert n. Chr. Und Crewed Balloon-Flug, der in den 1780er Jahren in Europa begann. Und sie wurden auch in der Astronomie-Forschung eingesetzt, wie das Project-Stargazer der 1960er Jahre, das zwei Männer und ein Teleskop 82.000 Fuß (25 Kilometer) in die Luft in einem hochgelegenen Ballon schickte, um die Sterne zu beobachten.

Nun, jüngste Entwicklungen in der Ballontechnologie von NASA-Billon-Ballons können ihren Wert für modernste Astronomieprojekte erneut beweisen, wobei High-Tech-Teleskope in die Atmosphäre trägt, von wo sie den Kosmos beobachten können. Wir sprachen mit einem der Forscher, der an einer neuen Generation von ballonbasierten Teleskopen, Mohamed Shaaban der Universität von Toronto, gesprochen wurde, um zu erfahren, wie diese alte Technologie brandneue Nutzung versetzt wird.

Auf und davon

Um zu verstehen, warum Ballons ein so großes Potenzial für Teleskopmissionen haben, müssen Sie verstehen, warum wir Teleskope in die Umlaufbahn schicken, um damit zu beginnen. Während es viele Teleskope auf dem Boden gibt, die sich auf dem Boden befinden, der Sterling-Arbeit tut, wenn Sie wirklich entfernte Objekte ansehen möchten, müssen Sie die Probleme, die durch die Atmosphäre der Erde verursacht werden müssen.

Das große Problem ist der Wasserdampf in der Atmosphäre, der Bilder verwischt, die von bodenbasierten Teleskopen aufgenommen werden. Deshalb werden Teleskope oft an Orten platziert, die sehr trocken sind, und in sehr hohen Höhen, wie Mauna Kea in Hawai'i oder der Atacama-Wüste in Chile. Die beste Lösung besteht jedoch darin, entfernte Objekte von über der Atmosphäre anzusehen, weshalb Teleskope wie Hubble in den Orbit gebracht werden.

Wenn Sie traditionell ein Teleskop über die Atmosphäre stellen möchten, schicken Sie es in Orbit auf einer Rakete. Das ist teuer und nicht leicht zu tun - und es ist äußerst teuer, Probleme zu beheben, die auftreten, die auftreten, und erfordern Hardwarewechsel - aber es ist eine sehr zuverlässige Methode, um die Atmosphäre der Erde zu vermeiden.

Ballons dagegen wurden seit Jahrzehnten in der wissenschaftlichen Forschung verwendet, typischerweise über der Antarktis. Das Problem bei der Verwendung von Ballons für Teleskope ist zuvor eine Frage des Lichts gewesen. Die meisten wissenschaftlichen Ballons werden in der Antarktis eingeführt, da die Forschungshardware im Allgemeinen von Sonnenkollektoren angetrieben wird, was nur während der Tageslichtstunden arbeiten kann, und die Antarktis hat während des Sommers 24-Stunden-Tageslicht. Dies bedeutet jedoch, dass Sie auf die Art der Forschung beschränkt sind, die tagsüber ausgeführt werden kann, was für Teleskope nicht toll ist.

Die neu entwickelten Ballons aus der NASA, genannten Superdruckballons, können in der Mid-Latitude-Region der Erde arbeiten und arbeiten sowohl in den Tag- als auch in der Nachtzyklen. "Zum ersten Mal können wir in der Lage sein, die nächtliche Wissenschaft zu tun [mit Ballons]", sagt Shaaban, der die Tür öffnet, um eine ganze Reihe von Astronomieprojekten zu ermöglichen.

Eine neue Art von Ballon

Es gibt große Vorteile für Ballons als Methode, um Teleskope zu tragen. Erstens ist der Start eines Ballons enorm billiger als eine Rakete. Außerdem können Sie leicht ein Teleskop wieder auf die Erde bringen und dann relauncht, wenn Sie also Wartung durchführen müssen, dann ist es relativ einfach. Das ist eine große Sache, wenn Sie in Betracht ziehen, wie schwierig und komplex es war, die Wartung auf dem Hubble-Teleskop durchzuführen, wenn er in Kürze nach dem Start 1990 Hardwareprobleme erlebte.

"Mit dem Ballonieren ist die Schönheit davon, dass Sie sich erstattungsfähige Starts haben", sagte Shabaan. "Also starten Sie das System mehrmals. Sie setzen also etwas zusammen, und es muss nicht das erste Mal arbeiten - weil Sie es für eine einzige Nacht starten, um es zu testen, und bringen Sie es dann herunter und wiederholen Sie es. Sie brauchen also nicht die sehr aggressive Teststruktur, die Sie für Orbital (Missionen] benötigen. "

Es ist diese komplexe Prüfung, die den Preis für Orbitalmissionen treibt. Vergewissern Sie sich, dass jedes Stück Hardware direkt aus dem Tor arbeitet, dass alles mehrere Entlassungen hat, und auch all diese Entlassungen arbeiten auch miteinander - das kann die Budgets für Weltraumprojekte ansenden.

Mit dem Ballonieren ist es einfacher, das Hardwaretarifikationsdesign zu iterieren und anzupassen, während Sie mitgehen. Und wenn Sie einen Ballon hoch genug in die Ränder der Atmosphäre schicken, erhalten Sie fast alle Wasserdampf-Reduktionsvorteile des Orbits.

Traditionelle Ballons, nannte Null-Druck-Ballone, arbeiten mit dem Entlüftungsgas, wenn die Sonne aufgeht und das Gas ausdehnt. Wenn die Sonne untergeht, gehen die Gasverträge und der Ballon auch hinunter. Die neuen Superdruckballons funktionieren, indem das Gas gehalten wird, selbst wenn es sich ausdehnt. Da es nicht entlüftet ist, kann der Ballon installieren, wenn die Sonne untergeht, wodurch es dabei ist, dass sie seit Monaten nachts weiter arbeiten kann. Es wird erwartet, dass NASAs Superdruckballon zwischen 30 und 100 Nächten dauern, verglichen mit den bisher möglichen Tagen, die zuvor möglich waren.

ein von einem Ballon loftes Teleskop

Es ist diese neue Klasse von Nasa-Ballon, die Shabaan und seine Kollegen in ihrem Teleskopprojekt nutzen. Sie haben ein Projekt namens Superbit, das ein Teleskop in der Luft hält und mit anspruchsvollen autonomen Software in die richtige Richtung zeigt. Durch das Erkennen der winzigen Bewegungen des Ballons und der automatisch kompensierenden, ihres Teleskops kann sich ihr Teleskop auf die Sterne mit einem beispiellosen Detailniveau für eine ballönbasierte Mission aussehen.

Das Problem, das Teleskop in eine Richtung zu halten, ist von entscheidender Bedeutung für genaue Beobachtungen, und es ist etwas, das der Superbit einen einzigartigen Ansatz hat. Das Teleskop sitzt in einem äußeren Rahmen, einem mittleren Rahmen und einem inneren Rahmen, von denen sich jeder auf eine andere Achse bewegt: Gier, Abstand und Rolle. In Kombination ermöglichen dies das Teleskop, um irgendwo am Himmel zu zeigen. "Das heißt, wenn ich eine Bewegung erfahre, kann ich es rückgängig machen, indem ich in irgendeine dieser drei Richtungen bewegt«, erklärte Shaaban.

Dies bietet eine grundlegende Stabilität, aber für wirklich genaue Messwerte muss es noch stabiler sein. Innerhalb des Teleskops befindet sich ein Spiegel, der sich mit einer extrem schnellen Rate von 50 Bewegungen pro Sekunde bewegen kann. Wenn Licht in das Teleskop eindringt und scheint, wegen der sehr leichten Bewegungen des Teleskops schüttelt, stellt sich der Spiegel für diese Bewegung an, sodass er am Sensor unwaken kommt. Die Bewegungen, die der Spiegel erstellen muss, werden mit Daten von Sensoren über das Teleskop berechnet, sodass das Teleskop völlig autonom stabilisieren kann.

Und diese Korrekturen für kleine Bewegungen werden nicht mit Triebwerken hergestellt, was Kraftstoff erfordern würde. Stattdessen werden sie hergestellt, indem sie die Größe des Ballons selbst nutzen, erklärte Shaaban: "Wege Superbit-Works ist, dass es diese Bewegungen spüren, und es wird Motoren haben, die gegen den Ballon gegen den Ballon drehen, um diese Bewegungen rückgängig zu machen, was bedeutet, dass es im Grunde bedeutet den Schwung nehmen und auf den Ballon fallen lassen. Aber der Ballon ist so groß, es ist, als würde man eine Tasse Wasser in den Ozean gießen. Der Niveau des Ozeans steigt nicht. " Die Motoren laufen mit Strom, was von Batterien stammt, die von Sonnenkollektoren belastet werden, sodass es keinen Kraftstoff gibt.

Das Hochschuss des All dies ist ein Ballon, der in die Richtung in den Himmel verriegeln kann, um mit einem hohen Genauigkeit zu beobachten. "Sie sagen den Sehrbit zu Punkt und es zeigt Punkte", sagte Shaaban. "Es wird etwas ansehen und es wird es verfolgen. Es wird sicherstellen, dass aus der Perspektive der Kamera dieses Ding nicht mehr als 20 Milliarcsconds bewegt ", erklärte er. Dies macht das erste, das das erstes Nicht-Weltraum-Teleskop, das beugungsbegrenzt ist, hervorragend ist, da er sowohl über der Atmosphäre als auch der Betrag des Jitters in den Messwerten ist, ist im Wesentlichen Null, was es zu einem leistungsstarken wissenschaftlichen Werkzeug macht.

Wie fliegst ein Teleskop, das an einem Ballon befestigt ist

So zielen Sie also ein Teleskop aus einem Ballon ab. Aber was ist mit dem Ballon selbst? Wenn es um Ballons geht, bringen Sie sie genau dort, wo Sie möchten, dass sie eine Herausforderung sein können. "Es ist schwer genau zu lenken, aber es ist relativ leicht zu kind von terle", erklärte Shaaban. Das liegt daran, dass Sie Wettermodelle verwenden können, um Winde zu finden, die in die Richtung, die in die Richtung blasen, in die Strömungen eingehen möchten, indem Sie sich in diese Strömungen bewegen, indem Sie die Höhe einstellen. Dadurch können Sie einen Ballon in etwa die Richtung bewegen, in der Sie es brauchen, um es zu gehen.

Die Steuerung wird jedoch viel schwieriger, wenn die Traglast sehr schwer ist, wie ein Teleskop. Zum Glück brauchen die meisten wissenschaftlichen Anwendungen nicht tatsächlich, dass ein Ballon nicht in einer bestimmten Position auf der Erde ist - die Höhe, die sie erreichen, ist weitaus wichtiger. Das einzige Sorge um diese Arten von Missionen besteht darin, dass die Betreiber nicht vermeiden müssen, dass der Ballon, der über besiedelte Gebiete für die öffentliche Sicherheit reist.