La NASA proyecta construir un radio-telescopio sobre un cráter lunar, con robots

Ilustración que muestra como algunas depresiones lunares podrían utilizarse para instalar radio-telescopios
Credit: Vladimir Vustyansky

Dos rovers de un solo eje, que pueden desacoplarse entre sí y permanecer enlazados a través de una conexión para permitir que una mitad de él actúe como un ancla en el borde de un cráter lunar mientras la otra mitad desciende en rápel, podrán construir un radiotelescopio en la Luna

Después de años de desarrollo, el proyecto Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) de la NASA recibió el respaldo necesario para pasar a la Fase II, del programa Innovative Advanced Concepts (NIAC): un programa aeroespacial de gran alcance, que tiene como objetivo crear tecnologías innovadoras para posibles misiones espaciales futuras.

Si bien aún no es una misión definitiva de la NASA, el LCRT goza ya del apoyo necesario para convertirse en una misión que podría transformar no solo la visión pasada, sino también la futura del cosmos.

Un radiotelescopio no es más que una antena especial y un receptor para captar ondas de radio emitidas por alguna fuente astronómica, mediante una gran antena parabólica, o plato, o un conjunto de ellos. A diferencia de un telescopio óptico, este puede ser usado tanto de día como de noche, pues solo capta las ondas de radio emitidas por los distintos objetos astronómicos.

Muchos de los objetos celestes, como los pulsares o los quasares, emiten sobretodo radiaciones de radiofrecuencia y son por ello más «visibles», o incluso solo visibles, en la región de radio del espectro electromagnético.

Observando el pasado del Universo

El objetivo principal del LCRT será medir las ondas de radio de longitud de onda larga generadas por la Edad oscura del Universo, un período que duró unos cientos de millones de años después del Big-Bang, antes de que aparecieran las primeras estrellas. Los cosmólogos saben poco sobre este período, pero las respuestas a algunos de los mayores misterios de la ciencia pueden estar encerrados en las emisiones de radio de longitud de onda larga generadas por el gas que habría llenado el Universo durante ese tiempo.

Los radiotelescopios de la Tierra no pueden sondear este misterioso período porque las ondas de radio de longitud de onda larga de ese momento son reflejadas por la capa de iones y electrones de la parte superior de nuestra atmósfera, la ionosfera. Las emisiones de radio aleatorias de nuestra ruidosa civilización también pueden interferir con la radio-astronomía, ahogando las señales más débiles. Pero en el lado opuesto de la Luna, no hay atmósfera que refleje estas señales, y la Luna misma bloquearía el ruido de radio de la Tierra. El lado lejano de la Luna podría ser un lugar privilegiado para llevar a cabo estudios sin precedentes sobre el Universo temprano.

Esta es una ilustración de un radiotelescopio conceptual construido sobre un plato de malla de alambre dentro de un cráter lunar. En esta ilustración se puede ver el receptor suspendido sobre el plato a través de un sistema de cables anclado en el borde del cráter.
Credit: Vladimir Vustyansky

Radiotelescopios lunares

El objetivo es crear una antena de más de 1 kilómetro de diámetro en un cráter lunar mayor de 3 kms. Los radiotelescopios de plato único más grandes de la Tierra, como el telescopio esférico de apertura de 500 metros en China (FAST), y también el ahora inoperativo de 305 metros del Observatorio de Arecibo en Puerto Rico; se construyeron dentro de depresiones naturales en forma de cuenco en el mismo terreno para proporcionar una estructura de soporte.

Esta clase de radiotelescopios utiliza miles de paneles reflectantes suspendidos dentro del cuenco para hacer que toda la superficie del plato refleje las ondas de radio simultáneamente. El receptor luego se cuelga, a través de un sistema de cables, en un punto focal sobre el plato, anclado por torres en su perímetro, para medir las ondas de radio que reboten en la superficie curva inferior. En lugar de utilizar miles de paneles reflectantes para enfocar las ondas de radio entrantes, el LCRT estaría hecho con una fina malla de alambre en el centro del cráter. 

Robots constructores

Como el transportar material pesado a la Luna sería prohibitivo, el proyecto utilizará robots para automatizar el proceso de construcción de esa malla de alambre. Una nave espacial entregaría los materiales necesarios y un módulo de aterrizaje separado depositaría unos rovers tipo DuAxel para construir el plato. Este sistema, que actualmente está en desarrollo en el JPL, consiste en dos rovers de un solo eje que pueden desacoplarse entre sí, pero permanecer enlazados a través de una conexión que permitiría que una mitad de él actuara como un ancla en el borde del cráter mientras la otra mitad desciende en rápel por su pared para construir las instalaciones

La superficie de la Luna está cubierta de cráteres, sobretodo la cara lejana. Uno de ellos podría proporcionar la estructura de soporte necesaria para construir en el una antena parabólica de radio. Como se muestra en la ilustración los rovers DuAxel podrían anclar una malla de alambre trabajando desde el mismo borde del cráter.
Credit: Vladimir Vustyansky

Según dijo Joseph Lazio, radioastrónomo del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA y miembro de el equipo de LCRT. «Con un radiotelescopio suficientemente grande fuera de la Tierra, podríamos rastrear los procesos que condujeron a la formación de las primeras estrellas, tal vez incluso encontrar pistas sobre la naturaleza de la materia oscura».

Grandes desafíos

Uno de los mayores desafíos del equipo durante esta fase es el diseño de la malla de alambre que servirá como radio-antena. Para mantener su forma parabólica y el espaciado exacto entre los alambres, la malla debe ser fuerte y flexible, pero también lo suficientemente liviana como para poder ser transportada sin grandes costos. Igualmente debe ser capaz de soportar los cambios bruscos de temperatura que se producen en la superficie de la Luna, desde los -1730 Centígrados hasta los +1270 C, sin deformarse, ni fallar.

Otro desafío es identificar si los rovers DuAxel deben ser completamente autónomos o necesitar a algún operador humano en el proceso de operación, o en el de toma de decisiones. ¿Podrían complementarse también los DuAxels con otras técnicas de construcción? Por ejemplo: disparar arpones en la superficie lunar, para anclar mejor la malla del LCRT, requeriría menos horas de robots.

Además, aunque el lado lejano lunar está «radio silencioso» por ahora, eso podría cambiar en el futuro. La agencia espacial de China tiene actualmente una misión que explora el lado lejano de la Luna. Otros proyectos espaciales, como Artemis, tienen previsto llevar nuevamente a la superficie lejana lunar, con permanencia estable, a futuros astronautas. Después de todo, un mayor desarrollo de la superficie lunar podría afectar a los posibles proyectos de radioastronomía lunar.

Durante los próximos dos años, el equipo de LCRT trabajará para identificar otros desafíos y sus posibles soluciones. El lograr la cara oculta lunar como plataforma de observación espacial es una meta imprescindible a conseguir en el camino de la Humanidad de la exploración del Cosmos.

El desarrollo de conceptos avanzados como éste podría producir avances tecnológicos de suma importancia para el futuro, particularmente en la implementación y el uso de robots en la construcción de grandes estructuras fuera de la Tierra.

José Mª Moreno Ibáñez

AC/19.52

San Joaquín de Flores, 5 de mayo de 2021

Referencias:

https://www.jpl.nasa.gov/news/lunar-crater-radio-telescope-illuminating-the-cosmic-dark-ages

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