Nästan alla fotoner som sänds ut efter Big Bang är nu endast synliga vid långt infraröda våglängder. Detta inkluderar ljus från det kalla universum av gas och stoft från vilket stjärnor och planeter bildas, samt svaga signaler från avlägsna galaxer som spårar universums utveckling fram till idag.

Jordens atmosfär blockerar det mesta av detta ljus, och rymduppdrag är ett idealiskt men oöverkomligt dyrt sätt att utforska det. Så forskare vänder sig till enorma stratosfäriska ballonger – storleken på en hel fotbollsstadion – eftersom de är en liten bråkdel av kostnaden.

I Granskning av vetenskapliga instrument , Alan J. Kogut, från NASA:s Goddard Space Flight Center, och kollegor hittade ett sätt att lösa en allmänt erkänd begränsning av stratosfäriska ballonger, som flyger på höjder av 130, 000 fot över 99 % av atmosfären.

"För att verkligen titta in i det kalla universum, du behöver ett stort teleskop kylt till nära absolut noll, flyger över jordens atmosfär, " sa Kogut. "I stort sett, Jag menar en teleskopspegel lika stor som ett vardagsrum. Varför så kallt? Värme från teleskopet kan utplåna bilder från rymden, som att överexponera en kamera. För att se svaga kalla signaler från rymden, teleskopet måste kylas till 10 K (minus 440 F), bara några grader över absoluta nollpunkten."

Det kan låta enkelt i teorin, men det är ganska svårt att kyla ett teleskop av ett vardagsrums storlek till nästan absolut noll när man flyger det från en ballong.

"Flytande helium kan lätt kyla teleskopet, men att hålla det kallt innebär att sätta hela teleskopet i en gigantisk termosflaska som kallas dewar, " sa han. "En termosflaska i storleken av ett vardagsrum skulle väga flera ton - mer än vad till och med de största ballongerna kan bära."

Det är här Balloon-borne Cryogenic Telescope Testbed (BOBCAT) kommer in.

"BOBCAT utvecklar teknologi för ultralätta dewars för att minska sin vikt tillräckligt för att låta riktigt stora flyga på en ballong, sa Kogut.

Dewars har en innerkopp som håller den kalla vätskan, omgiven av ett yttre skal. Mellanrummet mellan dem har ingen luft i sig, ett vakuum, för att förhindra att luft transporterar värme från omvärlden in i det kalla inlandet.

En dewar är tung, eftersom dess väggar måste hålla ett vakuum mot lufttrycket vid havsnivån. Men en dewar som är avsedd att fungera på en ballong behöver inte fungera vid havsnivån. Det måste fungera vid 130, 000 fot över havet, där det nästan inte finns något lufttryck.

Forskarna designade en dewar med extremt tunna väggar, inte mycket tjockare än en läskburk, som kan starta vid rumstemperatur. Den har en ventil, så att vakuumgapet mellan innerkoppen och ytterväggen ventilerar under uppstigningen för att släppa ut luft.

"När ballongen når 130, 000 fot, ventilen stängs för att skapa ett ordentligt vakuumutrymme, och det kyler teleskopet genom att pumpa flytande kväve eller flytande helium in i dewar från separata lagringstankar, ", sa Kogut. "Lagringstankarna är små och väger inte mycket. Nu, vi har ett kallt teleskop ovanför atmosfären, kunna se svaga bilder från det kalla eller avlägsna universum."

Den första flygningen var en succé, och nästa steg är att återflyga nyttolasten med en ultralätt dewar.