چراغ سبز ناسا به مأموریت پریما؛ تلسکوپی اقتصادی با تکیه بر میراث جیمز وب

ناسا هفته‌ی گذشته اعلام کرد که نخستین نمونه از کلاس جدید تلسکوپ‌های فضایی این سازمان، در مسیر رسیدن به سکوی پرتاب در اوایل دهه ۲۰۳۰ قرار دارد.

فضاپیمای «پریما» (PRIMA) نخستین عضو از خانواده‌ای جدید در برنامه تلسکوپ‌های فضایی ناسا موسوم به «پروب اکسپلورر» خواهد بود؛ رده‌ای از رصدخانه‌ها که هدفشان انجام پژوهش‌های علمی بیشتر با هزینه کمتر است.

تلسکوپ‌های فضایی ناسا معمولاً در یکی از دو دسته قرار می‌گیرند: مأموریت‌های کم‌هزینه‌تر از رده اکسپلورر که سقف هزینه‌شان در محدوده چند صد میلیون دلار است یا نمونه‌های پرچم‌دار مانندتلسکوپ فضایی نانسی گریس رومنکه با هزینه‌ای بالغ بر حدود ۴٫۳ میلیارد دلار ساخته و به‌تازگی پرتاب شد.

ناسا با کلاس پروب اکسپلورر می‌خواهد تعادل بهتری میان مأموریت‌های کوچک‌تر اکسپلورر و رصدخانه‌های چندمیلیارد دلاری پرچم‌دار ایجاد کند. سازمان فضایی آمریکا از چند سال پیش و پس از توصیه یک هیئت مستقل از دانشمندان برای ایجاد این رده جدید، طرح‌های مفهومی مختلفی را برای مأموریت‌های پروب اکسپلورر بررسی کرده است. بااین‌حال، تا همین اواخر مشخص نبود بودجه علمی ناسا که تحت فشار دولت ترامپ قرار دارد، برای آغاز عملی توسعه یکی از این مأموریت‌ها کافی خواهد بود یا نه.

ناساروز چهارشنبه اعلام کردکه مأموریت پریما (مخفف کاوشگر فروسرخ دور برای اخترفیزیک) روند توسعه را ادامه خواهد داد. پریما تنها نامزد نهایی برای نخستین مأموریت کلاس پروب اکسپلورر بود؛ زیرا ناسا در اوایل سال جاری مأموریت رقیب به نام «رصدخانه پرتو ایکس اکسیس» (AXIS) را از رقابت کنار گذاشت. به‌گفته‌ی ناسا، مطالعات اولیه روی طرح اکسیس نشان داده است که این مأموریت نمی‌تواند محدودیت‌های زمانی و بودجه‌ای آژانس را برآورده کند.

دانشمند مسئول مطالعه اکسیس، اختلال‌ها و سوءمدیریت در مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا در گرین‌بلت مریلند را عامل این وضعیت دانست. گادرد مرکزی بود که در صورت تداوم پروژه اکسیس، مسئولیت هدایت آن در مرحله ساخت را بر عهده می‌گرفت. در مقابل، رهبری پروژه پریما بر عهده آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا (JPL) در پاسادنای کالیفرنیا خواهد بود؛ مرکزی که خود نیز با بحرانی سازمانی مواجه شده و با تعداد اندکی مأموریت در حال توسعه و چندین دور تعدیل نیرو روبه‌رو بوده است.

مأموریت‌های پرچم‌دار ممکن است پیش از رسیدن به سکوی پرتاب، چندین دهه درگیر طراحی، ساخت و آزمایش باشند. بااین‌حال، تلسکوپ فضایی رومن از این نظر استثنا بود. این تلسکوپ فرایند تأیید ساخت توسط ناسا تاپرتاب در ماه گذشتهرا در مدت فقط ۱۰ سال پشت سر گذاشت. رومن اکنون در مسیر رسیدن به جایگاه رصدی خود در فاصله‌ی تقریباً یک و نیم میلیون کیلومتری از زمین قرار دارد.

پروژه پریما با احتساب هزینه پرتاب، سقف بودجه‌ای معادل ۱٫۲ میلیارد دلار خواهد داشت. این تلسکوپ به بزرگی و پیچیدگی رومن نیست؛ درنتیجه طبیعی است که انتظار داشته باشیم چرخه ساخت کوتاه‌تری داشته باشد. ناسا قصد دارد پریما را ۷ سال دیگر، در سال ۲۰۳۳ پرتاب کند. این تلسکوپ جهان را در نور کم‌فروغ فروسرخ دور، در محدوده طول موج ۲۴ تا ۲۳۵ میکرومتر رصد خواهد کرد؛ هدفی که دستیابی به آن مستلزم خنک‌سازی اپتیک اصلی تلسکوپ تا دمای ۴٫۵ کلوین، معادل تقریباً منفی ۲۶۹ درجه سلسیوس است.

سرمایش فضاپیما تا این حد معمولاً به ساخت سامانه خنک‌کننده برودتی کاملاً جدید و پیشرفته نیاز دارد. اما پریما به‌جای آن از یک سامانه یدکی باقی‌مانده از فرایند ساختتلسکوپ فضایی جیمز وباستفاده خواهد کرد که برای به‌کارگیری هلیوم-۳ به‌جای هلیوم-۴ به‌عنوان سیال خنک‌کننده، اصلاح شده است.

به گفته دانشمندان مسئول مأموریت، حساسیت پریما در فروسرخ دور به این تلسکوپ امکان می‌دهد به بررسی منشأ سیاره‌ها و جو آن‌ها، تکامل همزمان کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌ها و تغییرات ویژگی‌های غبار و فلزات در طول تاریخ کیهانی بپردازد. پریم با آینه اصلی به قطر ۱٫۸ متر، در مداری پیرامون نقطه لاگرانژی ۲ در سامانه خورشید–زمین مستقر خواهد شد.

پریما نسبت به تمام تلسکوپ‌های فروسرخ پیشین یا کنونی ناسا، از جمله اسپیتزر و جیمز وب، به بخش‌های عمیق‌تری از طیف فروسرخ خیره خواهد شد و بر کشفیات تلسکوپ فضایی هرشل اروپا نیز تکیه خواهد کرد؛ رصدخانه‌ای که پیش‌تر اطلاعات تازه‌ای درباره شکل‌گیری رشته‌های کیهانی و نقش آب در شکل‌گیری ستاره‌ها و سیاره‌ها در اختیار اخترشناسان قرار داده بود.

نیکی فاکس، قائم‌مقام واحد مأموریت‌های علمی ناسا، در بیانیه‌ای گفت: «مأموریت پریما پنجره بعدی بشر به سوی جهان ژرف است. این مأموریت ناشناخته‌های تاریخ کیهانی را آشکار خواهد کرد تا درک بهتری از شکل‌گیری سیاره‌ها، ستاره‌ها و سیاه‌چاله‌ها و حتی چگونگی پیدایش آب روی زمین به دست آوریم.»

اطلاعیه‌ی اخیر ناسا، چراغ سبز ورود پریما به مرحله B توسعه را صادر می‌کند. در این مرحله، کار روی طراحی مقدماتی ادامه خواهد یافت تا مأموریت به بازبینی طراحی اولیه برسد و سپس چند سال دیگر در مقر ناسا تحت بازبینی تأیید نهایی قرار گیرد؛ مرحله‌ای که مجوز نهایی برای ورود به فرایند یکپارچه‌سازی سخت‌افزار پروازی را صادر خواهد کرد. انتظار می‌رود کل رصدخانه هنگام پرتاب کمتر از ۳٫۴ تن وزن داشته باشد.

شاون دومگال-گلدمن، مدیر بخش اخترفیزیک ناسا، گفت: «یک مأموریت به‌تنهایی نمی‌تواند تمام رازهای جهان را بررسی کند. اما با گسترش قابلیت‌های پیمایشی ناوگان خود به طول موج‌های فروسرخ دور از طریق پریما، امکان بررسی بسیار جامع‌تری از کیهان را فراهم می‌کنیم.»

دومگال-گلدمن افزود: «با تلسکوپ‌های فضایی جیمز وب و رومن، روندی را برای پرتاب مأموریت‌های رده‌بالا در هر دو نیمه این دهه پایه‌گذاری کردیم. قصد داریم این روند را تداوم دهیم و دهه آینده را با پریما آغاز کنیم؛ بخشی از زنجیره‌ای که به‌طور پیوسته مأموریت‌هایی در این سطح را آماده پرتاب خواهد داشت.»

در همین حال، ناسا همچنان در حال انجام مطالعات اولیه معماری و توسعه فناوری برای تلسکوپ فضایی پرچم‌دار بزرگ بعدی خود، یعنی رصدخانه دنیاهای زیست‌پذیر (HWO) است تا آن را در دهه ۲۰۴۰ پرتاب کند. انتظار می‌رود این تلسکوپ دست‌کم به بزرگی جیمز وب باشد و اگر از موشک‌های فوق‌سنگین جدید مانند استارشیپ اسپیس‌ایکس برای پرتاب استفاده شود، حتی ممکن است آینه اصلی بزرگ‌تری داشته باشد. HWO کیهان را در چندین طول موج، از فرابنفش گرفته تا نور مرئی و فروسرخ نزدیک، رصد خواهد کرد.

برآوردهای اولیه، هزینه تلسکوپ دنیاهای زیست‌پذیر را حدود ۱۱ میلیارد دلار پیش‌بینی کرده‌اند؛ عددی هم‌تراز بودجه جیمز وب که البته بسیار فراتر از برآورد اولیه‌اش، روی دست ناسا هزینه گذاشت.

دومگال-گلدمن روز سه‌شنبه در نشست کمیته نجوم و اخترفیزیک آکادمی‌های ملی گفت: «تلسکوپ دنیاهای زیست‌پذیر آن‌قدر بلندپروازانه است که به [رویکردی] در مقیاس کل کشور نیاز خواهد داشت. صادقانه بگویم، برای این پروژه به شریکان بین‌المللی خود نیز نیاز خواهیم داشت تا بخش بزرگی از کار را بر عهده بگیرند. اما درعین‌حال به بهترین و برجسته‌ترین نیروها از سرتاسر کشور نیاز داریم؛ چه در گادرد باشند، چه در مرکز دیگری از ناسا، چه درمیان شریکان صنعتی یا تجاری در حوزه فضا یا دانشگاه، همه باید بخشی از این تلاش باشند.»

دومگال-گلدمن گفت ناسا قصد دارد از تجربه خود در توسعه و پرتاب تلسکوپ رومن در چارچوب بودجه مصوب استفاده کند تا هزینه مأموریت‌های پرچم‌دار آینده، از جمله HWO، با کنترل بیشتری مدیریت شود. او گفت: «با پرتاب نانسی گریس رومن پیش از موعد و در چارچوب بودجه، ثابت کردیم که سرریز بودجه و ازدست‌دادن برنامه زمانی، قانون اجتناب‌ناپذیر برای چنین پروژه‌هایی نیست. البته این موضوع بدان معنا نیست که پروژه‌ها آسان هستند و نباید با بی‌خیالی فرض کنیم همیشه طبق برنامه و در چارچوب بودجه پیش خواهند رفت؛ زیرا در گذشته خلاف آن نیز ثابت شده است.»

دومگال-گلدمن در جمع‌بندی گفت: «اگر بخواهم خیلی خلاصه بگویم، باید چالش را به‌خوبی بشناسید، مأموریتی داشته باشید که چالش‌های آن به‌طور کامل درک شده باشند و سپس، وقتی آن‌ها را شناختید، تمام توان خود را به کار بگیرید و تلسکوپ را در سریع‌ترین زمان ممکن به سکوی پرتاب برسانید.»