NASA月球隕石坑射電望遠鏡：將照亮宇宙黑暗時代

據外媒報道，經過多年的發展，月球隕石坑射電望遠鏡(LCRT)項目獲得了50萬美元的獎勵以支持它進入NASA創新先進概念(NIAC)計劃的第二階段的額外工作。 雖然還不是NASA的任務，但LCRT描述了一個可以改變人類對宇宙的看法的任務概念。

LCRT的主要目標是測量宇宙黑暗時期產生的長波無線電波。黑暗時期指的是宇宙大爆炸後的幾億年，不過在首批恆星閃爍出現之前。雖然宇宙學家對這一時期所知甚少，但解開科學上一些最大謎團的答案可能就在這一時期充滿宇宙的氣體所產生的長波長無線電發射中。

“雖然沒有恆星，但在宇宙的黑暗時代有充足的氫--氫最終會成為第一批恆星的原材料，”Joseph Lazio説道，“有了地球上足夠大的射電望遠鏡，我們就可以追蹤導致第一批恆星形成的過程，甚至可能找到關於暗物質本質的線索。”他是NASA位於南加州噴氣推進實驗室的射電天文學家也是LCRT小組的成員。

地球上的射電望遠鏡無法探測到這一神秘時期，因為來自那個時期的長波無線電波會被大氣層頂部的離子和電子層反射，這個區域被稱為電離層。另外，我們嘈雜的文明社會發出的隨機無線電輻射也會干擾射電天文學並淹沒最微弱的信號。

但在月球的遠端，沒有大氣層來反射這些信號，並且月球本身會屏蔽地球的無線電通信。月球遠端可能是進行早期宇宙空前研究的絕佳場所。

為了對較長的無線電波長敏感，LCRT需要非常大。這裏的想法需要在一個超過2英里（3公里）寬的隕石坑中創建一個超半英里（1公里）寬的天線。地球上最大的單碟無線電望遠鏡--如中國的1600英尺（500米）口徑球面五百米射電望遠鏡(FAST)和波多黎各的1000英尺寬（305米寬）阿雷西博天文台--建造在自然碗窪地的景觀結構以提供支持。

這類射電望遠鏡使用了數千塊懸掛在凹陷處的反射板，這能使整個碟面能夠反射無線電波。然後，接收器通過一套纜繩系統懸掛在天線上方的一個焦點上由天線周圍的塔固定從而來測量天線下方彎曲表面反射的無線電波。儘管FAST的體積和複雜性，但它對超過14英尺（4.3米）的無線電波長並不敏感。

JPL機器人科學技術專家、LCRT項目首席研究員Saptarshi Bandyopadhyay帶領着由工程師、機器人專家和JPL科學家組成的團隊將這類射電望遠鏡濃縮成最基本的形式。他們的理念消除了將極其沉重的材料運送到月球的需要並利用機器人自動化建造過程。LCRT不再使用數千塊反射板來聚焦射入的無線電波，而是在隕石坑中心由細鐵絲網構成。一個航天器將運送這個網、一個單獨的着陸器將用來放置DuAxel探測器，然後在幾天或幾周內建造好這個盤子。

JPL正在開發的機器人概念DuAxel由兩個單軸探測車(Axel)組成，它們可以彼此分離且能通過繫繩保持連接。其中一半將作為一個錨部署在火山口的邊緣，而其餘部分則用來做建築。

“DuAxel解決了許多跟在月球隕石坑內懸掛非常大的天線相關問題，”JPL機器人技術專家、LCRT和杜阿克塞爾項目團隊成員Patrick Mcgarey表示，“單獨的DuAxel探測車可以在繫好繩子的情況下開進隕石坑、連接電線、施加拉力並抬起電線來懸掛天線。”

為了將該項目提升到下一個層次，他們將使用NIAC第二階段的資金來完善望遠鏡的能力和各種任務方法並同時確定過程中面臨的挑戰。

在此階段，團隊面臨的最大挑戰之一是鋼絲網的設計。為了保持它的拋物線形狀和線之間的精確間隔，網必須既堅固又靈活且又要足夠輕進而便於運輸。這種網還必須能承受月球表面劇烈的温度變化--從零下280華氏度（零下173攝氏度）到高達260華氏度（127攝氏度）--而不變形或失效。

另一個挑戰是確定DuAxel探測車是應該完全自動化，而且還需要人工操作。此外，雖然月球遠端目前沒有無線電信號，但這種情況在未來可能會改變。

在接下來的兩年裏，LCRT團隊還將努力找出其他的挑戰和問題。如果他們成功了，他們可能會被選擇展開進一步的開發，這是一個啓發Bandyopadhyay的迭代過程。