Människan har aldrig tidigare sett den lågfrekventa radiohimlen. Den är gömd från markbaserade teleskop av jordens jonosfär och utmanande att komma åt från rymden med traditionella uppdrag eftersom de långa våglängderna som är involverade (meter-till kilometer-skala) kräver oförutsägbart massiva teleskop för att se klart.

Elektromagnetisk strålning vid dessa låga frekvenser bär viktig information om exoplanetära och stjärnmagnetiska fält (en nyckelingrediens för beboelighet), det interstellära/intergalaktiska mediet och de tidigaste stjärnorna och galaxerna.

Great Observatory for Long Wavelengths (GO-LoW) föreslår en interferometrisk array av tusentals identiska SmallSats vid en jord-sol Lagrange-punkt (t.ex. L5) för att mäta magnetfälten hos terrestra exoplaneter via detektering av deras radioemissioner vid frekvenser mellan 100 kHz och 15 MHz. Varje rymdfarkost kommer att bära en innovativ vektorsensorantenn, som kommer att möjliggöra den första undersökningen av exoplanetära magnetfält inom 5 parsecs.

I en avvikelse från det traditionella tillvägagångssättet för en enda stor och dyr rymdfarkost (dvs HST, Chandra, JWST) med många enskilda felpunkter, föreslår vi ett interferometriskt stort observatorium som består av tusentals små, billiga och lätt utbytbara noder.

Interferometri, en teknik som kombinerar signaler från många rumsligt separerade mottagare för att bilda ett stort "virtuellt" teleskop, är idealiskt lämpad för långvågsastronomi. De individuella antenn-/mottagarsystemen är enkla, inga stora strukturer krävs, och det mycket stora avståndet mellan noderna ger hög rumslig upplösning.

I vår fas I-studie fann vi att en hybridkonstellationsarkitektur var mest effektiv. Små och enkla "lyssnarnoder" (LN) samlar in rå radiodata med hjälp av en utplacerbar vektorsensorantenn. Ett litet antal större, mer kapabla "kommunikations- och beräkningsnoder" (CCN) samlar in data från LN:er via ett lokalt radionätverk, utför strålformningsbehandling för att minska datavolymen och överför sedan data till jorden via optik för fritt rymd (lasercomm) .

Korskorrelation av strålformade data utförs på jorden, där beräkningsresurserna inte är hårt begränsade. CCN:erna är också ansvariga för konstellationshantering, inklusive tidsdistribution och avstånd. Fas I-studien visade också att LN-CCN-arkitekturen optimerar packningseffektiviteten, vilket gör det möjligt för ett litet antal supertunga lyftfarkoster (t.ex. Starship) att distribuera hela konstellationen till L4.

Fas I-studien visade att nyckelinnovationen för GO-LoW är "systemet av system". Tekniken som behövs för varje enskild del av observatoriet (t.ex. lasercomm, CubeSats, avstånd, timing, dataöverföring, databearbetning, kretsloppsutbredning) är inte ett stort steg från dagens teknik, utan koordinationen av alla dessa fysiska element , dataprodukter och kommunikationssystem är nytt och utmanande, särskilt i skala.

I den föreslagna studien kommer vi

1. Utveckla en realtidssimulering med flera agenter av GO-LoW-konstellationen som visar den autonoma operationsarkitekturen som krävs för att uppnå en stor (upp till 100k) konstellation utanför jordens omloppsbana
2. Fortsätt att förfina det vetenskapliga fallet och kraven genom att simulera vetenskapliga utdata från konstellationen och bedöma stora felkällor informerade av realtidssimuleringen
3. Utveckla lämplig orbitalmodellering för att bedöma framdrivningskrav för stationshållning vid en stabil Lagrange-punkt
4. Förfina den tekniska färdplanen ytterligare för att göra GO-LoW genomförbart under de kommande 10–20 åren.

GO-LoW representerar ett störande nytt paradigm för rymduppdrag. Den uppnår tillförlitlighet genom massiv redundans snarare än omfattande tester. Den kan utvecklas och växa med ny teknik snarare än att vara bunden till en fast punkt i hård-/mjukvaruutveckling.

Slutligen lovar det att öppna ett nytt spektralfönster på universum där oförutsedda upptäckter säkerligen väntar.

Tillhandahålls av NASA