Күшін жойған NASA ғарыш телескопы

Кіріспе

НАСА-ның жойылған ғарыш телескопы

Ғарыш интерферометрия миссиясы, немесе SIM, сондай-ақ SIM Lite (бұрын SIM PlanetQuest деп аталған), АҚШ Ұлттық аэронавтика және ғарыш басқармасы (NASA) Нортроп Грумманмен бірлесіп ұсынған жоспарланған ғарыш телескопы еді. Миссияның басты мақсаты – Күннен басқа жақын жұлдыздардың мекендейтін аймақтарында айналатын, Жер шарындай планеталарды табу. SIM бірнеше рет кейінге жылжытылып, ақырында 2010 жылы жойылды. Күннен тыс планеталарды анықтаудан басқа, SIM астрономдарға Құс жолы галактикасының картасын құруға көмектесер еді. Басқа маңызды міндеттерге жұлдыздардың белгілі бір түрлері үшін жұлдыздық массаларды анықтауға көмектесетін деректерді жинау, Құс жолындағы және галактикалардың жергілікті тобындағы қара материяның кеңістіктегі таралуын анықтауға көмектесу және жұлдыздардың массасын өлшеу үшін гравитациялық микролинза эффектін пайдалану кіретін еді. Ғарыш кемесі осы және басқа да ғылыми мақсаттарға жету үшін оптикалық интерферометрияны қолданған болар еді. SIM Lite үшін алғашқы келісімдер 1998 жылы жасалды, олардың жалпы сомасы 200 миллион АҚШ долларына жетті. SIM жобасы бойынша жұмыс істеу үшін ғалымдар мен инженерлер сегіз жаңа технологиялық кезеңнен өтуі керек болды, және 2006 жылдың қарашасына дейін барлығы аяқталды. SIM Lite бастапқыда 2005 жылы Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV) арқылы ұшыруға жоспарланған. Бюджеттің үнемі қысқаруы салдарынан, ұшыру күні кем дегенде бес рет кейінге жылдырылды. NASA 2015 жылды алдын ала ұшыру күні ретінде белгіледі. 2007 жылдың ақпан айына қарай SIM бағдарламасында жұмыс істеген көптеген инженерлер басқа салалар мен жобаларға көшті, ал NASA жобаны инженерлік тәуекелдерді азайтуға бағыттады. Алайда, NASA-ның 2008 жылға арналған алдын ала бюджеті SIM үшін нөл доллар қарастырды. 2007 жылы Конгресс 2008 қаржы жылына қаражатты қалпына келтірді, бұл Президент қол қойған жалпы қаражат туралы заң жобасының бөлігі болды. Сонымен қатар, Конгресс NASA-ға миссияны даму кезеңіне жылжытуды тапсырды. 2009 жылы жоба Ұлттық ғылым академиясы жүргізген Астрономия және астрофизика бойынша онжылдық зерттеудің, Astro2010 нәтижелерін және ұсыныстарын күтіп, тәуекелдерді азайту жұмысын жалғастырды, бұл жобаның болашағын анықтайтын еді. 2010 жылы Astro2010 Decadal Report жарияланды, онда NASA SIM Lite астрометриялық обсерваториясын дамытуды жалғастыру ұсынылмады. Бұл НАСА-ның астрономия және физика директоры Джон Морстың 2010 жылдың 24 қыркүйегінде SIM Lite жобасының менеджеріне хат жолдауына себеп болды, онда NASA SIM Lite миссиясына қолдау көрсетуін тоқтатып, жобаны B кезеңіндегі іс-шараларды дереу немесе мүмкіндігінше ертерек тоқтатуға бағыттайтынын хабарлады. Осыған сәйкес, SIM Lite бойынша барлық жұмыстар 2010 жылдың соңына дейін тоқтатылды.

The Space Interferometry Mission, or SIM, also known as SIM Lite (formerly known as SIM PlanetQuest), was a planned space telescope proposed by the U. S. National Aeronautics and Space Administration (NASA), in conjunction with contractor Northrop Grumman. One of the main goals of the mission was the hunt for Earth sized planets orbiting in the habitable zones of nearby stars other than the Sun. SIM was postponed several times and finally cancelled in 2010. In addition to detecting extrasolar planets, SIM would have helped astronomers construct a map of the Milky Way galaxy. Other important tasks would have included collecting data to help pinpoint stellar masses for specific types of stars, assisting in the determination of the spatial distribution of dark matter in the Milky Way and in the local group of galaxies and using the gravitational microlensing effect to measure the mass of stars. The spacecraft would have used optical interferometry to accomplish these and other scientific goals. The initial contracts for SIM Lite were awarded in 1998, totaling US$200 million. Work on the SIM project required scientists and engineers to move through eight specific new technology milestones, and by November 2006, all eight had been completed. SIM Lite was originally proposed for a 2005 launch, aboard an Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV). As a result of continued budget cuts, the launch date was pushed back at least five times. NASA had set a preliminary launch date for 2015. As of February 2007, many of the engineers working on the SIM program had moved on to other areas and projects, and NASA directed the project to allocate its resources toward engineering risk reduction. However, the preliminary budget for NASA for 2008 included zero dollars for SIM. In 2007, the Congress restored funding for fiscal year 2008 as part of an omnibus appropriations bill which the President later signed. At the same time the Congress directed NASA to move the mission forward to the development phase. In 2009 the project continued its risk reduction work while waiting for the findings and recommendations of the Astronomy and Astrophysics Decadal Survey, Astro2010, performed by the National Academy of Sciences, which would determine the project's future. In 2010, the Astro2010 Decadal Report was released and did not recommend that NASA continue the development of the SIM Lite Astrometric Observatory. This prompted NASA Astronomy and Physics Director, Jon Morse, to issue a letter on 24 September 2010 to the SIM Lite project manager, informing him that NASA was discontinuing its sponsorship of the SIM Lite mission and directing the project to discontinue Phase B activities immediately or as soon as practical. Accordingly, all SIM Lite activities were closed down by the end of calendar year 2010.

Миссия

SIM Lite Жерден жыл сайын 0,1 АЕ жылдамдығымен алыстап, ақырында Жерден 82 миллион км қашықтыққа жететін, Жерге қатысты гелиоцентрлік орбитада жұмыс істемек. Бұл шамамен 5,5 жылға созылар еді. Күн ғарыш кемесіне үздіксіз сәулесін шашыратып, Жер орбитасында болатын мақсатты жұлдыздардың жасырылуы мен Күннің тұтылуынан сақтаған болар еді. Егер іске қосылған болса, SIM бес жыл бойы ғылыми зерттеулер жүргізер еді.

Жұлдыздық масса

SIM Lite миссиясының тағы бір маңызды аспектісі жұлдыз массасының жоғарғы және төменгі шектерін анықтау болды. Бүгінде ғалымдар жұлдыздың қаншалықты кішкентай немесе үлкен бола алатынын біледі. Тым кішкентай заттар термоядролық синтезді бастау үшін жеткілікті ішкі қысымға ие болмайды, ал осы синтез жұлдыздың жарқырауына себеп болады. Мұндай заттар қоңыр ергежейлі жұлдыздар деп аталады және жұлдыздық масса шкаласының төменгі шегін көрсетеді. Тым үлкен жұлдыздар тұрақсыз болып, супернова ретінде жарылады. SIM миссиясының бір бөлігі жұлдыздық масса мен эволюцияның екі шеткі шегі үшін дәл өлшемдер ұсыну болды. Телескоп Галактикадағы барлық жұлдыздың массасын өлшемейді, себебі олардың саны 200 миллиардтан асып түседі, бірақ оның орнына "халық санағын" жүргізеді. Қазіргі таңда астрономдар басқа галактикалар туралы білетінімен салыстырғанда, біздің Галактикамыздың пішіні мен мөлшері туралы аз біледі; Құс жолының ішкі бөлігін толығымен бақылау қиын. Жақсы мысал – марш жасап келе жатқан оркестрдің бір мүшесі ретінде оны бақылауға тырысу. SIM Lite өлшемдері Құс жолы жұлдыздары арқылы төрт мәселені түсінуге қажетті деректерді беруге тиіс болды: негізгі галактикалық параметрлер, Оорт шегі, дискінің массалық потенциалы және Галактиканың үлкен радиустағы массасы. Бірінші, негізгі галактикалық параметрлер, Құс жолының мөлшері, пішіні және айналу жылдамдығы туралы маңызды сұрақтарға жауап беруге бағытталған. Команда Күн мен Галактика орталығы арасындағы қашықтықты дәлірек анықтауды үміттенеді. Екінші мәселе, Оорт шегі, Галактикалық дискінің массасын анықтауға бағытталған. Жобаның үшінші мәселесі дискінің массалық потенциалы болды. Бұл мәселе дискідегі жұлдыздарға дейінгі қашықтықты және олардың өзіндік қозғалысын өлшеу үшін жоспарланған. Зерттеудің үшінші мәселесінің нәтижелері зерттеудің негізгі галактикалық параметрлері бөлімінің нәтижелерімен біріктіріліп, Күн жүйесінің Галактикадағы орны мен жылдамдығын анықтауға тиіс болды. Соңғы мәселе Құс жолындағы қара материяның таралуымен айналысты. SIM деректері Галактикадағы 270 килопарсекке (кпс) дейінгі масса таралуының үш өлшемді моделін жасау үшін қолданылуы керек еді. Астрономдар Галактиканың үлкен радиустағы потенциалын анықтау үшін екі түрлі тест жүргізуге тиіс болды.

Another key aspect of SIM Lite's mission was determining the upper and lower limits of star's masses. Today, scientists understand that there are limits to how small or large a star can be. Objects that are too small lack the internal pressure to initiate thermonuclear fusion, which is what causes a star to shine. These objects are known as brown dwarfs and represent the lower end of the stellar mass scale. Stars that are too large become unstable and explode in a supernova. Part of the SIM's mission was to provide pinpoint measurements for the two extremes in stellar mass and evolution. The telescope will not be able to measure the mass of every star in the Galaxy, since there are over 200 billion, but instead, it will take a "population census." Currently, astronomers know little about the shape and size of our galaxy relative to what they know about other galaxies; it is difficult to observe the entire Milky Way from the inside. A good analogy is trying to observe a marching band as a member of the band. SIM Lite measurements of Milky Way stars were to yield data to understand four topics: fundamental galactic parameters, the Oort Limit, disk mass potential, and mass of the Galaxy to large radii. The first, fundamental galactic parameters, was aimed at answering key questions about the size, shape and the rotation rate of the Milky Way. The team hoped to more accurately determine the distance from the Sun to the Galactic Center. The second topic, the Oort Limit, would have attempted to determine the mass of the galactic disk. The third project topic was disk mass potential. This topic was designed to make measurements of the distances to disk stars as well as their proper motions. The results of the third topic of study were to be combined with the results of the fundamental galactic parameters portion of the study to determine the Solar System's position and velocity in the galaxy. The final topic dealt with dark matter distribution in the Milky Way. SIM data was to be used to create a three dimensional model of mass distribution in the Galaxy, out to a radius of 270 kiloparsecs (kps). Astronomers were to then use two different tests to determine the galactic potential at large radii.

Қара зат

Қара материя — ғаламдағы көрінбейтін материя. Ғалымдар оның жұлдыздар мен галактикаларға әсер ететін гравитациялық әсері арқасында ғаламдағы материяның шамамен 80% қара материя екенін біледі. 1998 жылы TRW Inc. SIM Lite жобасының мердігері ретінде таңдалды; Northrop Grumman 2002 жылы TRW-нің бір бөлігін сатып алып, келісімшартты өз мойнына алды. Сонымен қатар, Калифорния штатының Саннивейл қаласында орналасқан Lockheed Martin Missiles and Space компаниясы да таңдалды. НАСА хабарлағанда ұшыру 2005 жылға жоспарланған, ал миссия Жердегі өмірдің пайда болуы сияқты сұрақтарға жауап беруге арналған «Түпнұсқа» бағдарламасының бір бөлігі болды. 2000 жылдың қараша айының соңында НАСА жобаның ғылыми тобын таңдағанын жариялады. Топқа Күннен тыс планеталарды зерттеу саласындағы белгілі ғалымдар кірді. НАСА хабарлаған кезде ұшыру 2009 жылға жоспарланған, және миссия әлі де Origins бағдарламасының бөлігі болды. Миссияның технологиялық даму кезеңі 2006 жылдың қараша айында НАСА белгілеген сегіз технологиялық мақсатқа қол жеткізілгені туралы хабарламамен аяқталды. Миссия үшін жасалған жаңа технологиялардың бірі — сутек атомының енінен кем мөлшерде өлшеуге қабілетті жоғары технологиялық «сызғыштар». Сондай-ақ, сызғыштар желі ретінде жұмыс істеуге арналған. Миссия тобы ғарыш кемесіндегі ұсақ дірілдердің әсерін азайту үшін «серпімді амортизаторлар» жасады, бұл дәл өлшеулерге кедергі келтіретін. Тағы бір маңызды мақсат — жаңа «сызғыштар» мен «серпімді амортизаторларды» біріктіріп, ғарыш интерферометриялық миссиясының кемесі Жер сияқты планеталардың әсерінен жұлдыздардағы ұсақ қозғалыстарды анықтай алатынын көрсету болды. Технологиялық мақсаттардың бесіншісі микроарксекундтық метрологиялық сынақ алаңының кең көріс бұрышында 3200 пикометрлік өнімділікті көрсетуді талап етті. Кең бұрышты өлшеулер әрбір өлшемде жұлдыздардың тұрақты орнын анықтау үшін қолданылатын. Осы деңгейдегі өнімділік SIM Lite-тің астрометриялық торды есептеу қабілетін көрсетті. Тағы бір маңызды жетістік — торсыз тар бұрышты астрометрия (GNAA) деп аталатын технология, ол кең бұрышты мақсатта жасалған өлшеу мүмкіндіктерін пайдаланып, тар бұрышты өлшемдерге бір қадам алға жылжуға мүмкіндік берді. SIM-нің бастапқы кезеңдерінде 1 микродоға секундтық дәлдікке қол жеткізуді мақсат еткен бұл техника жұлдыздардың орналасуын бастапқыда эталондық жұлдыздар торын құрмай өлшеуге мүмкіндік береді; оның орнына, бірнеше эталондық жұлдыздар мен әртүрлі орындардан байқалатын нысана жұлдызды пайдаланып, эталондық жүйені құрады, ал жұлдыздардың орналасуы жеке байқаулардан алынған уақыт кешігу өлшемдері арқылы есептеледі. Тар бұрышты көріс SIM жер планеталарын анықтау үшін қолданылатын; команда тар және кең бұрышты өлшемдерге бірдей критерийлерді қолданды. Ұшуды басқару жұмысын бастамас бұрынғы соңғы талап — миссия үшін жасалған барлық жүйелердің үйлесімді жұмыс істейтініне көз жеткізу болды; НАСА-ның соңғы технологиялық мақсаты басқаларына тәуелді болғандықтан соңғы болып орындалды.

Dark matter is the matter in the universe that cannot be seen. Because of the gravitational effect it exerts on stars and galaxies, scientists know that approximately 80% of the matter in the universe is dark matter. In 1998, TRW Inc. was selected as the contractor for the SIM Lite project; Northrop Grumman acquired part of TRW in 2002 and took over the contract. Also selected was Lockheed Martin Missiles and Space located in Sunnyvale, California. At the time of the NASA announcement, launch was scheduled for 2005 and the mission was part of the Origins Program, a series of missions designed to answer questions such as the origin of life Earth. In late November 2000, NASA announced that the project's scientific team was selected. The group included notable names from the world of extrasolar planet research. At the time of this NASA announcement launch was scheduled for 2009 and the mission was still part of the Origins Program. The technological development phase of the mission was completed in November 2006 with the announcement that the eight, mission technology milestones set by NASA were reached. One of the new technologies developed for the mission were high tech "rulers", capable of making measurements in increments a fraction of the width of a hydrogen atom. In addition, the rulers were developed to work as a network. The mission team also created "shock absorbers" to alleviate the effects of tiny vibrations in the spacecraft which would impede accurate measurements. Another of the milestones involved combining the new "rulers" and "shock absorbers" to prove that the Space Interferometry Mission craft could detect the tiny wobbles in stars caused by Earth sized planets. The fifth of the technology milestones required the demonstration of the Microarcsecond Metrology Testbed at a performance of 3,200 picometers over its wide angle field of view. The wide angle measurements were to be used to determine the fixed positions of stars each time they were measured. This level of performance demonstrated SIM Lite's ability to calculate the astrometric grid. Another key development, known as gridless narrow angle astrometry (GNAA), was the ability to apply the measurement capability worked out in the wide angle milestone and take it a step further, into narrow angle measurements. Aiming to give an accuracy of 1 micro arcsecond to the early stages of the SIM, the technique allows star positions to be measured without first setting up a grid of reference stars; instead, it sets up a reference frame using several reference stars and a target star observed from different locations, and star positions are calculated using delay measurements from separate observations. The narrow angle field was to be used by SIM to detect terrestrial planets; the team applied the same criteria to both the narrow and wide angle measurements. The final requirement before beginning work on flight controls was to make sure that all of the systems developed for the mission worked cohesively; this final NASA technology goal was completed last as it was dependent upon the others.

2006 жылдан кейінгі жағдай

2006 жылдың сәуір айының соңы мен маусым арасында жоба үш инженерлік маңызды кезеңді аяқтады, ал 2006 жылдың 2-8 қарашасында SIM «Ғарыш кемесінің ішкі жобалауын қарауын» аяқтады. Jet Propulsion Laboratory-ның «B фазасы» «Алдын ала жобалау» фазасы деп аталады. Осы кезеңде эксперименттер ұсынылып, пәрменді рецензиядан өтіп, соңында НАСА-ның Ғарыш ғылымдары кеңсесі тарапынан таңдалып алынар еді. Эксперименттерді таңдау ғылыми құндылығы, құны, басқару, инженерлік және қауіпсіздік факторларына негізделеді. SIM Lite миссиясының ұшырылу күні кем дегенде бес рет ықпалды. 2004-2006 жылдар аралығында SIM-ді жобалаған және дамытқан мердігер Northrop Grumman компаниясы өз веб-сайтында 2011 жылды ұшыру күні деп көрсеткен. 2008 жылдың маусым айынан бастап НАСА ұшыру күнін «белгісіз мерзімге» кейінге шегерді. Бағдарламаға, Ғарыш интерферометрия миссиясынан басқа, Keck интерферометрі және Large Binocular Telescope интерферометрі де кіреді. 1996 жылы мақұлданған кезде, миссияға 700 миллион доллар (1996 жылғы доллармен) қаражат бөлінді, бұл ұшыру шығындарын және бес жылдық жұмысты қамтыды. НАСА-ның бюджеті 2007 қаржы жылына арналған үш жобаның жоспарын көрсетті. Үш миссияның ішінде SIM Lite одан әрі кейінге шегерілді, ал Keck интерферометрі бюджеттік кесімдерге ұшырады. Кейінге шегерілулер бюджеттік сипатта. 2006 жылы миссияға 117 миллион доллар бөлдірілді, бұл өткен жылмен салыстырғанда 8,1 миллион долларға артық, бірақ 2007 жылы SIM бағдарламасы үшін 47,9 миллион долларға азайтылды. 2008 жылы экзопланеталар бағдарламасының бюджетінен кесілген 223,9 миллион доллардың 128,7 миллионы SIM Lite миссиясынан алынды. 2009 қаржы жылында тағы 51,9 миллион доллар кесілгеннен кейін, бағдарлама 2010 қаржы жылында 6 миллион долларға дейін төмендетілді, бұл алдыңғы жылдан қалған қаражатпен толықтырылды, сонымен қатар Астрономия және астрофизика онжылдық сараптамасы Astro2010 нәтижелерін күтті. 2007 жылдың ақпан айына қарай 2007 қаржы жылының бюджетінде көзделген бюджеттік кесімдердің көп бөлігі жобада сезілді. SIM-де жұмыс істеген инженерлер басқа салаларда жұмыс іздеуге мәжбүр болды.

Between the end of April and June 2006 the project completed three engineering milestones and from 2–8 November 2006 SIM completed a "Spacecraft Internal Design Review." Jet Propulsion Laboratory's "Phase B" is called the "Preliminary Design" phase. During this phase, experiments would have been proposed, peer reviewed, and eventually selected by NASA's Office of Space Science. Experiment selections are based on scientific value, cost, management, engineering, and safety.]] The launch date for the SIM Lite mission was pushed back at least five times. Between 2004 and 2006, contractor Northrop Grumman, the company designing and developing SIM, listed a launch date of 2011 on their website. As of June 2008, NASA has postponed the launch date "indefinitely". The program, in addition to the Space Interferometry Mission, includes the Keck Interferometer and the Large Binocular Telescope Interferometer. When originally approved in 1996, the mission was given a $700 million cap (in 1996 dollars) which included launch costs and five years of operation. NASA's budget outlined plans for the three projects for fiscal year (FY) 2007. Of the three missions, SIM Lite was delayed further and the Keck Interferometer saw budget cuts. The delays are budgetary in nature. In 2006, the mission received $117 million, an increase of $8.1 million over the previous year, but 2007 cuts amounted to $47.9 million less for the SIM program. In 2008, $128.7 million of the $223.9 million estimated to be cut from the Exoplanet Program budget would come from the SIM Lite mission. After an additional $51.9 million decrease in FY 2009, the program was reduced to $6 million in FY 2010 supplemented by substantial carryover from the previous year while awaiting the results of the Astronomy and Astrophysics Decadal Survey, Astro2010. By February 2007 many of the budget cuts outlined in the FY 2007 budget were already being felt within the project. Engineers who worked on SIM were forced to find other areas to work in.

Оптикалық интерферометрия

Интерферометрия – 19 ғасырда Альберт А. Микельсон бастамашылық еткен әдіс. Соңғы екі онжылдықта жетілген оптикалық интерферометрия бірнеше телескоптың жарығын біріктіріп, үлкен телескоппен жасалатын сияқты нақты өлшемдерді мүмкін етеді. SIM Lite телескопы оптикалық интерферометрия принципі бойынша жұмыс істейді. SIM құрамында бір ғылыми интерферометр (50 см жинақтағыштар, 6 м арақашықтық [негізгі сызық]), басқарушы интерферометр (30 см жинақтағыштар, 4,2 м негізгі сызық) және басқарушы телескоп (30 см апертура) болған. Күрделі басқарушы телескоп құралдың үшінші өлшемде бағытталуын тұрақтандырады. Ғарыш кемесінің жұмыс істеу шегі 20 миллионнан бір бөлік доға секундқа (мкдс) дейін төмендеп, жалғыз өлшемдерде планета табу және астрометриялық дәлдігі 1,12 мкдс құрайды. Оның жаһандық, толық аспан астрометриялық торының дәлдігі 4 мкдс болуы тиіс болған.