SIM de la NASA (Misión de interferometría espacial): ¿qué nivel de madurez técnica tenía en el momento de la cancelación?

Después de un poco de auto-investigación:

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fuente

SIM fue un ambicioso concepto de misión de interferómetro óptico en el espacio.

SIM estuvo en desarrollo en el período de 1998-2010 (en los últimos años, como un concepto reducido de SIM-Lite).

Los principales temas científicos que se planeó abordar en SIM:

• ¿Qué tan raros son los planetas similares a la Tierra alrededor de las estrellas más cercanas (en la zona habitable)?
• ¿Qué tan abundantes son los exoplanetas en general?
• Para estudiar la evolución de las estrellas jóvenes
• Para realizar mediciones de paralaje de objetos seleccionados (con varios órdenes de mejor precisión que las mediciones anteriores) y crear una "cuadrícula astrométrica"

Algunos extractos del artículo del año 2008:

La nave espacial era técnicamente muy compleja . Cita del artículo:

El instrumento SIM PQ es un sistema de interferómetro óptico con una línea de base de 9 metros e incluye dos interferómetros de "Guía" para la referencia de orientación de la nave espacial y un interferómetro de "Ciencia" para realizar mediciones astrométricas de alta precisión en las estrellas objetivo. Sin embargo, debido a su alto costo, la misión SIM PQ se pospuso indefinidamente.

SIM PlanetQuest-Light (o SIM-Lite) es un concepto alternativo rentable para SIM PQ. Con una línea de base más pequeña de 6 metros y un telescopio guía de 30 cm en lugar de un tercer interferómetro, SIM-Lite seguirá produciendo una gran cantidad de los objetivos científicos originales de SIM PQ. El costo total de SIM-Lite, ligeramente por encima de la mitad del costo de SIM PQ para completar, hace de SIM-Lite un candidato atractivo para volar una misión astrométrica a mediados de la próxima década.

El objetivo principal de SIM-Lite (46% de la misión de 5 años) es buscar en 65 estrellas cercanas exoplanetas de masas inferiores a la masa de la Tierra, en la Zona Habitable. La figura 1 muestra el espacio de descubrimiento de planetas con SIM-Lite. Para planetas con órbitas entre 100 días y 10 años, SIM-Lite sería mejor que cualquier otra técnica por un factor de 100 para las 65 estrellas seleccionadas, lo que permitiría la búsqueda de un planeta con masa terrestre. GAIA (una misión europea actualmente en desarrollo) se limitará a la búsqueda de planetas del tamaño de Júpiter.

Sobre los desafíos técnicos que debían resolverse, ibíd.:

SIM tenía muchos desafíos tecnológicos que abordar para demostrar que la misión era técnicamente factible. Estos desafíos van desde problemas de control a nivel de nanómetros hasta problemas de detección a nivel de picómetros 3 . Se diseñaron, construyeron y probaron bancos de pruebas clave y componentes de placas de latón durante la fase de desarrollo tecnológico de SIM 4 , resolviendo todos los principales desafíos tecnológicos. Ejemplos de tales demostraciones incluyen el banco de pruebas System Test-Bed 3 5 , el banco de pruebas de metrología Micro-Arc-second 6 , el banco de pruebas Kite 7 , el banco de pruebas térmico-opto-mecánico 8y la Unidad de desarrollo de Calibración Espectral [9]. Los resultados de esta serie de bancos de pruebas forman la evidencia de que los desafíos tecnológicos que enfrenta SIM son alcanzables. Esta tecnología desarrollada para SIM PQ se aplica directamente a la misión SIM-Lite.

Los autores no mencionan el sitio TRL (nivel de preparación tecnológica) alcanzado, por lo que me pregunto si los componentes se probaron en cámaras de termovacío, etc.

Además, el ciclo de observación era mucho más complejo que el del telescopio convencional . La nave espacial SIM fue diseñada para funcionar en ciclos repetitivos cortos, y cada ciclo requería cambiar de objeto observado a estrellas guía y viceversa. Cita (ibíd.):

La secuencia comienza con 20 segundos de tiempo de observación en la estrella objetivo T, durante los cuales se recopilan las franjas de interferencia. La observación es seguida por unos 15 segundos para girar y reposicionar los dos siderostatos de Science y la línea de retardo óptico para adquirir franjas en la primera estrella de referencia R1. Después de 40 segundos de observación en R1, el interferómetro apunta hacia la misma estrella objetivo T para volver a observarla durante 20 segundos. Luego, el interferómetro apunta a la segunda estrella de referencia R2, observamos durante 40 segundos y apuntamos nuevamente a la estrella objetivo. Continuamos re-apuntando y observando entre las estrellas objetivo y las otras estrellas de Referencia R3 y R4. Finalmente, repetimos la secuencia desde el principio. Durante toda la secuencia, el interferómetro de la Guía 1 y el telescopio de la Guía 2 están bloqueados en sus respectivas estrellas,

Todas estas complejidades fueron necesarias para asegurarse de que los instrumentos sean estables y la actitud sea precisa, si entiendo correctamente.

Este libro blanco del año 2020 resume:

Debido a retrasos técnicos, costos crecientes y técnicas competidoras emergentes, SIM se canceló como parte de la Encuesta decenal Astro2010. La astrometría de alta precisión que utiliza interferómetros es técnicamente difícil y se ha abandonado en gran medida en favor de arquitecturas más tradicionales, relajando las restricciones de estabilidad desde el nivel de nm hasta el nivel de µm.

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Entonces, en el estado actual, ¿se respondieron mis subpreguntas?

¿Cuán técnicamente madura estaba la misión cuando se canceló? ¿Qué tan lejos estaba de hacer un interferómetro listo para volar?

Algunos autores afirman "no tan lejos de la madurez técnica", pero ahora ¿cerca exactamente? Todavía no tengo una respuesta definitiva. Los niveles de TRL de los componentes serían buenos.

Estado: Sin respuesta actualmente .

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¿Fue la inmadurez técnica la razón principal de la cancelación de SIM?

Uno de, pero no el único (ver el siguiente párrafo). La incertidumbre técnica y, como resultado, la incertidumbre de los costos seguían siendo altas, tal como yo lo veo. Los diseñadores del telescopio James Webb Space Telescope fueron hasta el final, y ya conoces el resultado.

Estado: Parcialmente respondido .

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¿O alguna otra razón de cancelación?

si _ Algunos temas científicos de SIM podrían ser abordados por otras instalaciones astronómicas (menos complejas) que surjan en 2000-2010:

• La abundancia de exoplanetas fue estudiada por el telescopio espacial Kepler (lanzado en 2009).

• astrometría por GAIA (lanzada en 2014). GAIA tiene una precisión de 20 microsegundos de arco en comparación con los 4 microsegundos de arco de SIM, pero GAIA hace astrometría para muchas más estrellas.

• sistemas de estrellas jóvenes por matriz de radio ALMA (operativo desde 2011)

Si bien SIM-Lite aún no tenía rival en precisión en comparación con otras misiones, creo que perdió algo de encanto debido a las alternativas.

Estado: Esta parte de la pregunta está respondida .