Научный проект под названием LuSEE-Night обещает открыть новые горизонты в изучении Вселенной. В рамках этого проекта планируется запуск радиотелескопа на обратную сторону Луны в 2026 году. Уникальность этой миссии в безжалостной, но обещающей колоссальное научное вознаграждение среде. Научная аппаратура, размещённая на Луне, сможет собирать оставшиеся радиоволны древней Вселенной, открывая окно в эпоху космоса, которую до сих пор никто не наблюдал.

Однако перед проектом стоит серьёзная задача – калибровка радиотелескопа LuSEE-Night. Это необходимо сделать для обеспечения точности измерений и подготовки почвы для более сложных телескопов за пределами Земли. Калибровка обычно выполняется при помощи различных методик, но в случае с LuSEE-Night она представляет значительные трудности. В отличие от оптических телескопов, которые могут перемещаться и фокусироваться на звёздах, лунный телескоп будет полностью неподвижным и работать со стационарными антеннами. Это усложняет процесс сравнения измерений известных и неизвестных космических объектов, необходимых для точной настройки системы.

Рендер процесса калибровки телескопа LuSEE-Night. Источник: Firefly Aerospace

Аналогичные проблемы возникают и в случае использования земных радиотелескопов. Чтобы калибровать прибор, учёные обычно отправляют искусственный радиоисточник, установленный на дроне, над телескопом. Но способ перемещения дронов и их подверженность отклонениям от курса затрудняют получение точных измерений. Именно в связи с этим NASA решила использовать специальный калибратор на орбите Луны.

«Калибратор будет сложным радиочастотным передатчиком с антенной, направленной вниз. Он будет находиться на орбите Луны и излучать сигнал а LuSEE-Night будет его получать», — пояснил Пол О’Коннор, старший учёный Брукхейвенской лаборатории и научный сотрудник проекта LuSEE-Night.

Для осуществления этой амбициозной миссии NASA заключило контракт с компанией Firefly Aerospace, которая будет ответственна за запуск LuSEE-Night. Это первый раз, когда NASA обращается к поставщикам из списка программы CLPS, чтобы разработать и запустить калибратор. LuSEE-Night станет ещё одной иллюстрацией сотрудничества между государственными и частными компаниями в научной сфере.

Калибратор, который будет использоваться в рамках миссии LuSEE-Night, поможет точно измерять количество космического излучения, приходящего из разных направлений. Это позволит учёным понять различные аспекты работы инструмента, включая его чувствительность к поляризации и взаимодействие с лунным реголитом.

Сотрудничество между учёными и компанией LuSEE-Night обеспечит «абсолютную калибровку» телескопа. Как отмечает один из участников проекта, такая точность редко достигается на Земле, не говоря уже о Луне. По ожиданиям исследователей, использование калибратора снизит погрешность измерений с 20% до примерно 1%. 

Основа техники калибровки схожа с применяемой на дронах, но она будет более точной. В отличие от прерывающегося сигнала, который нужно было бы выделить из шумов космоса, калибратор будет посылать известный сигнал, который можно легко идентифицировать даже при наличии более яркого излучения нашей галактики.

Калибратор, как и телескоп LuSEE-Night, будет доставлен на Луну на одном аппарате. Сперва оборудование для посадки и связи отсоединятся и перейдут на орбиту Луны. Затем посадочный аппарат доставит телескоп на поверхность Луны, а коммуникационный модуль и калибратор останутся на орбите.

Через пять дней после посадки LuSEE-Night на обратной стороне Луны, калибратор будет удалённо включен для проверки корректности его работы. Поскольку посадочный аппарат будет продолжать излучать помехи, первые данные потребуют тщательного анализа. Однако, как только наступит первый лунный закат и посадочный аппарат выключится, начнётся новый этап работы телескопа LuSEE-Night. Конечная цель в сборе достаточного количества данных за 50 земных дней для достижения калибровки с ошибкой до 1%.

После второй лунной ночи калибратор будет выключен, поскольку помимо выполнения функции калибровки, этот запуск также является важным международным событием. Сторона Луны, обращённая от Земли, является одним из наиболее радиотихих мест в нашей Солнечной системе. Именно поэтому были заключены международные договоры, запрещающие использование радиочастот ниже 300 МГц на поверхности Луны. Однако, так как калибратор будет излучать радиочастоты, необходимо получить временное разрешение от Международного союза электросвязи. В данном случае, калибратор будет работать в течение полутора лунных суток, или 50 земных дней, прежде чем его придётся выключить.

По истечении этих 50 земных дней учёные Брукхейвенской лаборатории проведут один из самых амбициозных экспериментов радиокосмологии в истории. Цель их работы – поиск ответов на некоторые из самых загадочных вопросов Вселенной, включая происхождение самого мироздания.

Если все планы будут успешно реализованы, то миссия LuSEE-Night откроет перед учёными новые возможности для изучения Вселенной и даст возможность заглянуть в самые далёкие времена и пространства. Это будет важный шаг в понимании космоса и его эволюции.