NASA sāk PRIMA kosmiskā teleskopa izstrādi, plānojot to palaist jau 2033. gadā

NASA paziņojusi, ka jaunās kosmisko teleskopu klases pirmais pārstāvis varētu sasniegt starta laukumu 2030. gadu sākumā. Misija PRIMA jeb Probe far-Infrared Mission for Astrophysics būs pirmā NASA Probe Explorer programmai, kuras mērķis ir veikt nozīmīgus zinātniskus novērojumus par zemākām izmaksām nekā daudzmiljardu dolāru flagmaņu misijās.

Līdz šim NASA kosmiskie teleskopi lielākoties iedalījās divās grupās. Zemāku izmaksu Explorer klases misijām parasti noteikti budžeta griesti dažu simtu miljonu dolāru apmērā, savukārt lielās flagmaņu observatorijas, piemēram, nesen palaistais Nancy Grace Roman Space Telescope, maksā miljardus — Roman gadījumā aptuveni 4,3 miljardus dolāru. Ar Probe Explorer programmu NASA vēlas izveidot vidusceļu starp šīm divām kategorijām.

Potenciālo Probe Explorer misiju koncepcijas NASA pētījusi vairākus gadus pēc neatkarīgas zinātnieku komisijas ieteikuma izveidot jaunu misiju kategoriju. Tomēr līdz nesenam laikam nebija skaidrs, vai aģentūras zinātnes budžets, ko spiediena ietekmē samazina Donalda Trampa administrācijas politika, ļaus sākt šādas misijas izstrādi.

PRIMA izvēlēta pēc konkurējošās AXIS misijas noraidīšanas

NASA trešdien apstiprināja, ka virzīs uz priekšu PRIMA. Tā bija vienīgā atlikusī kandidāte pirmajai Probe Explorer misijai pēc tam, kad aģentūra šā gada sākumā izslēdza konkurējošo rentgenstaru observatoriju AXIS. NASA norādīja, ka AXIS koncepcijas izpēte parādīja: misija nespētu iekļauties aģentūras noteiktajos termiņos un budžeta ierobežojumos.

Zinātnieks, kurš vadīja AXIS koncepcijas izpēti, par šādu iznākumu vainoja traucējumus un sliktu pārvaldību NASA Godāras kosmisko lidojumu centrā Grīnbeltā, Merilendas štatā. Šim centram būtu bijis jāvada AXIS, ja tā nonāktu izstrādes stadijā.

PRIMA vadīs NASA Reaktīvo dzinēju laboratorija Pasadenā, Kalifornijā. Arī šī institūcija pašlaik piedzīvo krīzi: tās izstrādes portfelī ir maz misiju, turklāt notikusi virkne darbinieku atlaišanu.

Ambiciozs teleskops ar septiņu gadu izstrādes grafiku

Flagmaņu kosmosa misiju projektēšana, izgatavošana un testēšana pirms palaišanas nereti ilgst vairākus gadu desmitus. Roman teleskops bija izņēmums — no NASA lēmuma sākt tā izstrādi līdz palaišanai pagāja desmit gadi. Tas tika palaists pagājušajā mēnesī un ceļo uz novērošanas punktu aptuveni miljons jūdžu jeb 1,5 miljonu kilometru attālumā no Zemes.

PRIMA būs mazāks un mazāk sarežģīts par Roman, tāpēc NASA paredz īsāku izstrādes ciklu. Misijas izmaksu griesti noteikti 1,2 miljardu dolāru apmērā, neieskaitot palaišanas izmaksas, un aģentūra vēlas teleskopu palaist jau pēc septiņiem gadiem — 2033. gadā.

Teleskops pētīs Visumu vājā tālajā infrasarkanajā starojumā diapazonā no 24 līdz 235 mikrometriem. Lai šādos viļņu garumos veiktu novērojumus, tā galvenā optika būs jāatdzesē līdz 4,5 kelviniem jeb aptuveni mīnus 451 grādam pēc Fārenheita.

Parasti šādam uzdevumam būtu nepieciešams izstrādāt pilnīgi jaunu, sarežģītu kriodzesētāju. PRIMA izmantos rezerves iekārtu, kas palikusi pāri no James Webb Space Telescope izstrādes, to pārveidojot tā, lai dzesēšanai izmantotu hēliju-3, nevis hēliju-4. Teleskopa fokālās plaknes kinētiskās induktivitātes detektori tiks atdzesēti vēl vairāk — līdz 100 milikelviniem. Tas varētu padarīt PRIMA optiku par vienu no aukstākajām, kas jebkad nogādāta kosmosā.

Ko PRIMA pētīs

Misijas tālās infrasarkanās gaismas jutība ļaus pētīt planētu un to atmosfēru izcelsmi, galaktiku un melno caurumu kopīgu evolūciju, kā arī putekļu un metālu īpašību izmaiņas kosmiskās vēstures gaitā. PRIMA būs aprīkots ar 5,9 pēdu jeb 1,8 metru diametra galveno spoguli un darbosies orbītā ap Saules un Zemes Lagranža punktu L2, kas atrodas aptuveni miljons jūdžu no Zemes.

Misija ielūkosies infrasarkanajā diapazonā dziļāk nekā jebkura iepriekšējā vai pašreizējā NASA infrasarkanā observatorija, tostarp Spitzer un Webb. Tā papildinās arī Eiropas Herschel kosmiskā teleskopa atklājumus, kas astronomiem sniedza jaunus datus par kosmisko pavedienu veidošanos un ūdens lomu zvaigžņu un planētu rašanās procesā.

“PRIMA misija ir nākamais cilvēces logs uz dziļo Visumu. Tā atklās to, kas līdz šim bijis apslēpts kosmiskā laika mērogā, palīdzot labāk izprast planētu, zvaigžņu un melno caurumu veidošanos, kā arī to, kā radās ūdens uz Zemes,” paziņojumā sacīja NASA Zinātnes misiju direktorāta asociētā administratore Nicky Fox.

NASA lēmums ļauj PRIMA pāriet uz izstrādes B fāzi. Šajā posmā tiks gatavots sākotnējais projekta pārskats, kam pēc dažiem gadiem sekos apstiprināšanas pārskats NASA galvenajā mītnē. Tas būs galīgais lēmums par pāreju uz lidojuma aparatūras integrēšanu. Paredzēts, ka visa observatorija palaišanas brīdī svērs mazāk nekā 3,4 metriskās tonnas jeb 7500 mārciņas.

“Viena misija pati par sevi nevar izpētīt visus Visuma noslēpumus. Taču, paplašinot mūsu flotes novērošanas iespējas līdz tālajam infrasarkanajam diapazonam ar PRIMA, mēs iegūsim ārkārtīgi visaptverošu skatījumu uz kosmosu,” sacīja NASA Astrofizikas nodaļas direktors Shawn Domagal-Goldman. Viņš norādīja, ka Webb un Roman teleskopi ļāvuši NASA nodrošināt vadošās klases misiju palaišanu abās desmitgades pusēs, un PRIMA šo ritmu turpinās nākamās desmitgades sākumā.

Paralēli top vēl dārgāka Habitable Worlds Observatory

Vienlaikus NASA turpina nākamā lielā flagmaņa — Habitable Worlds Observatory jeb HWO — sākotnējo arhitektūras izpēti un tehnoloģiju izstrādi. Šo teleskopu plānots palaist 2040. gados. Tam vajadzētu būt vismaz tikpat lielam kā James Webb Space Telescope, bet vēl lielāks galvenais spogulis varētu kļūt iespējams, ja NASA izmantotu jaunas īpaši smagas kravnesības nesējraķetes, piemēram, SpaceX Starship.

HWO novēros Visumu vairākos diapazonos — ultravioletajā, redzamajā un tuvajā infrasarkanajā gaismā. Sākotnējās izmaksu aplēses ir aptuveni 11 miljardi dolāru, kas ir līdzvērtīgi Webb izmaksām. Webb savukārt ievērojami pārsniedza sākotnēji plānoto budžetu.

“Šī būs pietiekami ambicioza observatorija, lai tās izveide prasītu visas valsts iesaisti,” otrdien Nacionālo akadēmiju Astronomijas un astrofizikas komitejas sanāksmē sacīja Domagal-Goldman. Viņš uzsvēra, ka projektā būs būtiska arī starptautisko partneru līdzdalība, kā arī labāko speciālistu iesaiste no Godāras centra, citām NASA struktūrām, nozares uzņēmumiem, jaunajiem komerciālajiem kosmosa partneriem un universitātēm.

Domagal-Goldman šonedēļ norādīja, ka NASA vēlas izmantot Roman izstrādes un palaišanas pieredzi, lai nākotnes flagmaņu, tostarp HWO, izmaksas kontrolētu stingrāk. Roman tika palaists pirms termiņa un iekļāvās budžetā.

“Mēs ar Nancy Grace Roman palaišanu pirms termiņa un budžeta ietvaros esam pierādījuši, ka nav dabas likums, ka šādi projekti pārsniegs grafiku un budžetu,” sacīja Domagal-Goldman. “Tas nenozīmē, ka tie ir viegli, un tas nenozīmē, ka varam bezrūpīgi pieņemt, ka tie vienmēr iekļausies termiņā un budžetā, jo arī pretējais jau ir pierādīts.”

Pēc NASA pieredzes viena no svarīgākajām mācībām flagmaņu misiju īstenošanā ir precīzi definēt misijas arhitektūru un prasības, kā arī vēl pirms lidojuma aparatūras būves pilnībā izprast pamatā esošās tehnoloģijas.

“Īsumā — ir jāsaprot izaicinājums, jāizveido misija, kurā šis izaicinājums ir ļoti labi izprasts, un pēc tam, kad tas ir saprasts, jānospiež gāzes pedālis un observatorija pēc iespējas ātri jānogādā līdz starta laukumam,” sacīja Domagal-Goldman.