Stratosférická observatoř pro infračervenou astronomii - Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy
 SOFIA s otevřenými dveřmi dalekohledu za letu.
| |||
| Alternativní názvy | SOFIE 
|
||
|---|---|---|---|
| Organizace | NASA / DLR / USRA / DSI | ||
| Umístění | Letiště Palmdale (většinu roku); Mezinárodní letiště Christchurch (asi 2 měsíce kolem června/července) | ||
| Souřadnice | 43 ° 29'22 "S 172 ° 31'56" E / 43,48944 ° S 172,53222 ° E Souřadnice: 43 ° 29'22 "S 172 ° 31'56" E / 43,48944 ° S 172,53222 ° E | ||
| Nadmořská výška | pozemní: 702 m (2303 ft); ve vzduchu: 13,7 km (45 000 stop) | ||
| webová stránka |
Centrum vědy SOFIA NASA SOFIA DLR SOFIA DSI |
||
| Dalekohledy | |||
| |||
.svg)  Umístění stratosférické observatoře pro infračervenou astronomii | |||
 Související média na Wikimedia Commons
| |||
Stratosférický observatoře pro infračervenou astronomii ( SOFIA ) je 80/20 společným projektem NASA a německé Aerospace Center (DLR) postavit a udržovat ve vzduchu observatoř . NASA zadala zakázku na vývoj letounu, provoz observatoře a správu americké části projektu Univerzitě Space Research Association (USRA) v roce 1996. Německé části projektu spravuje DSI (Deutsches SOFIA Institut) které jsou primárně příbuzné vědě a dalekohledu. Dalekohled SOFIA spatřil první světlo 26. května 2010. SOFIA je nástupcem vzdušné observatoře Kuiper . Během 10hodinových nočních letů pozoruje nebeská magnetická pole, hvězdotvorné oblasti, komety, mlhoviny a galaktické centrum .
Zařízení
SOFIA je založena na letadle s širokým trupem Boeing 747SP, které bylo upraveno tak, aby zahrnovalo velké dveře v zadní části trupu, které lze za letu otevřít a umožnit tak přístup teleskopu k obloze o průměru 2,5 m (8,2 ft) . Tento teleskop je určen pro infračervené astronomické pozorování ve stratosféře ve výškách asi 12 kilometrů (41 000 stop). Letová schopnost SOFIA jí umožňuje vystoupit nad téměř veškerou vodní páru v zemské atmosféře, která blokuje přístup některých infračervených vlnových délek k zemi. V cestovní výšce letadla bude k dispozici 85% plného infračerveného dosahu. Letoun může také cestovat nad téměř jakýmkoli bodem na zemském povrchu, což umožňuje pozorování ze severní a jižní polokoule.
Pozorovací lety se létají tři nebo čtyři noci v týdnu. Observatoř SOFIA sídlí v NASA Armstrong Flight Research Center na Palmdale Regional Airport v Kalifornii, zatímco SOFIA Science Center sídlí v Ames Research Center v Mountain View v Kalifornii.
Dalekohled
SOFIA používá reflektorový dalekohled 2,5 m (8,2 ft) , který má předimenzované primární zrcadlo o průměru 2,7 m (8,9 ft), jak je běžné u většiny velkých infračervených teleskopů. Optický systém využívá konstrukci reflektoru Cassegrain s parabolickým primárním zrcátkem a dálkově konfigurovatelným hyperbolickým sekundárním. Aby se teleskop vešel do trupu, je primární tvarován na číslo f až 1,3, zatímco výsledné optické rozložení má číslo f na 19,7. K vychýlení infračervené části paprsku do Nasmythova ohniska se používá ploché, terciární, dichroické zrcadlo, které lze analyzovat. Pro kamerový naváděcí systém se používá optické zrcátko umístěné za terciárním zrcátkem.
Dalekohled hledí z velkých dveří na levoboku trupu poblíž ocasu letounu a zpočátku nesl devět přístrojů pro infračervenou astronomii na vlnových délkách 1–655 mikrometrů (μm) a vysokorychlostní optické astronomii na vlnových délkách 0,3–1,1 μm. Hlavními nástroji jsou FLITECAM, blízká infračervená kamera pokrývající 1–5 μm; FORCAST, pokrývající střední infračervený rozsah 5–40 μm; a HAWC, která pokrývá vzdálené infračervené záření v rozmezí 42–210 μm. Mezi další čtyři přístroje patří optický fotometr a infračervené spektrometry s různými spektrálními rozsahy. Dalekohled SOFIA je zdaleka největší, jaký kdy byl do letadla umístěn. Pro každou misi bude k dalekohledu připojen jeden vyměnitelný vědecký nástroj. K dispozici jsou dvě skupiny nástrojů pro všeobecné použití. Kromě toho může vyšetřovatel také navrhnout a postavit speciální nástroj. 17. dubna 2012 byly NASA vybrány dvě upgrady na HAWC, aby se zvětšilo zorné pole pomocí nových polí detektorů bolometru s přechodovým okrajem a přidala se schopnost měření polarizace emise prachu z nebeských zdrojů.
Otevřená dutina, v níž je umístěn dalekohled, bude vystavena vysokorychlostním turbulentním větrům. Vibrace a pohyby letadla navíc způsobují potíže s pozorováním. Dalekohled byl navržen tak, aby byl velmi lehký, s voštinovým tvarem vyfrézovaným do zadní části zrcadla a polymerním kompozitním materiálem použitým pro sestavení dalekohledu. Držák obsahuje systém ložisek v tlakovém oleji, který izoluje nástroj od vibrací. Sledování je zajištěno pomocí systému gyroskopů, vysokorychlostních kamer a magnetických momentových motorů pro kompenzaci pohybu, včetně vibrací proudění vzduchu a leteckých motorů. Kabina dalekohledu musí být před vzletem letadla ochlazena, aby se zajistilo, že teleskop odpovídá vnější teplotě, aby se zabránilo tepelně indukovaným změnám tvaru. Před přistáním je prostor zaplaven plynným dusíkem, aby se zabránilo kondenzaci vlhkosti na chlazené optice a nástrojích.
DLR je zodpovědný za celou sestavu a konstrukci dalekohledu spolu se dvěma z devíti vědeckých přístrojů použitých s dalekohledem; Za letadla odpovídá NASA. Výroba dalekohledu byla zadána subdodavatelům evropskému průmyslu. Dalekohled je německé výroby; primární zrcadlo bylo odlito společností Schott AG v německém Mainzu s lehkými vylepšeními, přičemž broušení a leštění dokončila francouzská společnost SAGEM-REOSC . Mechanismus sekundárního zrcadla na bázi karbidu křemíku vyrobilo Švýcarské centrum pro elektroniku a mikrotechniku (CSEM). V zařízení v Louisianě byl na zrcadlo nanesen reflexní povrch, ale konsorcium nyní udržuje zařízení na potahování zrcadel v Moffett Field , což umožňuje rychlé přetření primárního zrcadla, což je proces, který by měl být vyžadován 1–2krát ročně.
Letadlo SOFIA
| SOFIE | |
|---|---|
.jpg)
|
|
| SOFIA za letu | |
| Ostatní jména) | Stratosférická observatoř pro infračervenou astronomii, Clipper Lindbergh |
| Typ | Boeing 747SP-21 |
| Výrobce | NASA/DLR |
| Číslo stavby | 21441/306 |
| Registrace | N747NA |
| První let | 26. dubna 2007 |
| Vlastníci a provozovatelé | NASA |
| Ve službě | 2010 – současnost |
Letadlo SOFIA je upravený Boeing 747SP widebody (pořadové číslo 21441, linka číslo 306, registrační N747NA, volací znak NASA747). Boeing vyvinul verzi 747 SP nebo „Special Performance“ pro lety s ultra dlouhým doletem, přičemž upravil konstrukci letounu 747-100 odstraněním částí trupu a silnými úpravami ostatních za účelem snížení hmotnosti, což 747SP umožnilo létat výš, rychleji a dále nepřetržitě než jakýkoli jiný model 747 té doby.
Boeing přidělil draku sériové číslo 21441 (číslo linky 306), ze kterého se nakonec stala SOFIA. První let tohoto letadla byl 25. dubna 1977 a Boeing dodal letoun společnosti Pan American World Airways 6. května 1977. Letoun obdržel první registraci letadla , N536PA a Pan American umístily letoun do komerční osobní dopravy. Krátce poté Pan Am pojmenoval toto letadlo na počest letce Charlese Lindbergha . Na pozvání Pan Am, Lindberghovy vdovy, Anne , pokřtilo letadlo Clipper Lindbergh 20. května 1977, 50. výročí zahájení historického letu jejího manžela z New Yorku do Paříže v roce 1927.
Společnost United Airlines koupila letadlo 13. února 1986 a letoun obdržel novou registraci letadla N145UA. Letoun zůstal v provozu až do prosince 1995, kdy United Airlines umístily letadlo do skladu poblíž Las Vegas.
Dne 30. dubna 1997 koupila letadlo Univerzitní asociace pro výzkum vesmíru (USRA), aby byla použita jako vzdušná observatoř. 27. října 1997 NASA koupila letadlo od USRA. NASA ten rok provedla sérii „základních“ letových testů, před jakoukoli těžkou modifikací letadla společností E-Systems (později Raytheon Intelligence and Information Systems a poté L-3 Communications Integrated Systems z Waco, Texas ). Aby byla zajištěna úspěšná úprava, Raytheon koupil sekci od jiného 747SP, registrační číslo N141UA, aby ji použil jako maketu v plné velikosti .
Zahájení prací v roce 1998, Raytheon navrhl a nainstaloval 5,5 m (18 ft) vysoké (délka oblouku) o 4,1 m (13,5 ft) široké dveře na zadní levou stranu trupu letadla, které lze otevřít za letu a získat tak dalekohled přístup k obloze. Dalekohled je namontován na zadním konci trupu za přetlakovou přepážkou. Dalekohledu ohnisko se nachází ve vědecké nástroje sady v tlakem, střední část trupu, vyžadující část dalekohledu projít tlakovou přepážku. Ve středu letadla je sekce řízení misí a vědeckých operací, zatímco přední část hostí oblast vzdělávání a veřejné komunikace. Otevřený trup nemá žádný významný vliv na aerodynamiku a letové vlastnosti letounu.
Na pozvání NASA, Lindberghův vnuk Erik Lindbergh, pokřtil letadlo jako Clipper Lindbergh , 21. května 2007, 80. výročí dokončení transatlantického letu Charlese Lindbergha.
V prosinci 2012 letoun obdržel aktualizaci prosklené pilotní kabiny spolu s novými avionickými systémy a aktualizacemi softwaru.
Vývoj projektu
První použití letadla pro provádění infračervených pozorování bylo v roce 1965, kdy Gerard P. Kuiper použil NASA Convair 990 ke studiu Venuše. O tři roky později Frank Low použil Ames Learjet k pozorování Jupiteru a mlhovin. V roce 1969 se začalo s plánováním montáže 910 mm (36 palců) dalekohledu na palubní plošinu. Cílem bylo provést astronomii ze stratosféry , kde byla mnohem nižší optická hloubka infračerveného záření absorbovaného vodní párou . Tento projekt, pojmenovaný Kuiper Airborne Observatory , byl zasvěcen 21. května 1975. Dalekohled se podílel na řadě vědeckých studií, včetně objevu prstencového systému kolem planety Uran.
Návrh většího teleskopu namontovaného na letadle byl oficiálně představen v roce 1984 a požadoval, aby Boeing 747 nesl třímetrový dalekohled. Předběžný koncept systému byl publikován v roce 1987 v Červené knize . Bylo dohodnuto, že Německo přispěje 20% z celkových nákladů a poskytne dalekohled. Opětovné sjednocení Německa a škrty v rozpočtu NASA vedly k pětiletému skluzu projektu. NASA poté uzavřela smlouvu na práci s Universities Space Research Association (USRA) a v roce 1996 NASA a German Aerospace Center (DLR) podepsaly memorandum o porozumění při budování a provozu SOFIA.
Primární zrcadlo dalekohledu SOFIA má průměr 2,5 metru a bylo vyrobeno ze Zeroduru , sklokeramického kompozitu vyrobeného společností Schott AG, který má téměř nulovou tepelnou roztažnost . REOSC, optické oddělení skupiny SAGEM ve Francii, snížilo hmotnost vyfrézováním kapes ve tvaru voštiny ze zad. Leštění zrcadla dokončili 14. prosince 1999 a dosáhli přesnosti 8,5 nanometru (nm) nad optickým povrchem. Sekundární zrcadlo ve tvaru hyperboly bylo vyrobeno z karbidu křemíku , leštění bylo dokončeno v květnu 2000. V průběhu roku 2002 byly hlavní součásti dalekohledu sestaveny v německém Augsburgu . Ty sestávaly ze sestavy primárního zrcadla, hlavní optické podpory a sestavy zavěšení. Poté, co byly provedeny úspěšné integrační testy ke kontrole systému, byly součásti odeslány do Waco v Texasu na palubu letadla Airbus Beluga . Dorazily 4. září 2002. SOFIA dokončila svůj první pozemní test „na obloze“ 18. – 19. Srpna 2004 pořízením obrazu hvězdy Polaris .
Projekt byl dále odložen v roce 2001, kdy tři subdodavatelé, kteří měli za úkol vyvinout dveře dalekohledu, postupně přestali fungovat. United Airlines také vstoupily do konkurzní ochrany a odstoupily od projektu jako provozovatel letadla. Dalekohled byl převezen z Německa do USA, kde byl v roce 2004 nainstalován do draku letadla a byla provedena prvotní pozorování ze země.
V únoru 2006, poté, co se náklady zvýšily ze 185 milionů na 330 milionů dolarů, NASA projekt "přezkoumala" a pozastavila financování odstraněním projektu ze svého rozpočtu. Dne 15. června 2006 SOFIA prošla kontrolou, když NASA dospěla k závěru, že pro další vývoj SOFIA neexistují žádné nepřekonatelné technické nebo programové výzvy.
První let SOFIA se uskutečnil 26. dubna 2007 v zařízení L-3 Integrated Systems (L-3 IS) Waco, Texas. Po krátkém testovacím programu ve Waco, který částečně rozšířil letovou obálku a provedl kontroly po údržbě, bylo letadlo přesunuto 31. května 2007 do NASA Armstrong Flight Research Center na letecké základně Edwards . První fáze zátěže a letové zkoušky byly použity ke kontrole charakteristik letadla se zavřenými dveřmi vnějšího teleskopu. Tato fáze byla úspěšně dokončena v lednu 2008 v NASA- Armstrong Flight Research Center.
Dne 18. prosince 2009 letoun SOFIA provedl první zkušební let, při kterém se plně otevřely dveře dalekohledu. Tato fáze trvala dvě minuty 79minutového letu. Dalekohled SOFIA spatřil první světlo 26. května 2010 a vrátil snímky ukazující jádro M82 a teplo z formace Jupitera unikající skrz jeho oblačnost. Počáteční „rutinní“ vědecké pozorovací lety začaly v prosinci 2010 a observatoř by měla mít plnou kapacitu do roku 2014 s přibližně 100 lety za rok.
Od roku 2011 jsou mise SOFIA vybírány z několika návrhů. Úspěšné mise jsou naplánovány podle ročních cyklů, přičemž první cyklus odpovídá roku 2013. Během každého cyklu jsou letadla a nástroje rozděleny mezi několik různých misí.
Ilustrace livreje SOFIA s dveřmi v otevřené a zavřené poloze.
F / A-18 misijního podpůrná letadla stíny SOFIA během funkčního kontrolním letu a.
SOFIA během testování charakterizace dalekohledu.
SOFIA seděla na asfaltu během nočních teleskopických operací.
KAO a SOFIA, Ames Research Center 2008.
Model SOFIA v NASA Ames Exploration Center .
Přístroj HAWC+ namontovaný na dalekohledu SOFIA.
Vědecký výzkum a pozorování
Primárními vědeckými cíli SOFIA je studium složení planetárních atmosfér a povrchů; prozkoumat strukturu, vývoj a složení komet ; určit fyziky a chemie na mezihvězdném ; a prozkoumat vznik hvězd a dalších hvězdných objektů. Zatímco provoz letadel SOFIA řídí NASA Dryden, výzkumné středisko NASA Ames Research Center v Mountain View v Kalifornii je domovem vědeckého centra SOFIA, které bude řídit plánování misí programu. Dne 29. června 2015 trpasličí planeta Pluto prošla mezi vzdálenou hvězdou a Zemí a vytvořila na Zemi stín poblíž Nového Zélandu, který umožnil SOFII studovat atmosféru Pluta .
Na začátku roku 2016 detekovala SOFIA atomový kyslík v atmosféře Marsu poprvé za 40 let. Na začátku roku 2017 její pozorování 1 Ceres ve střední infračervené oblasti pomohlo určit, že velká planeta asteroidů/trpaslíků byla pokryta vrstvou prachu asteroidů z jiných těles. V červenci 2017 pozorovala SOFIA zákryt hvězd vzdáleného objektu Kuiperova pásu 486958 Arrokoth, zatímco pozemní observatoře toto pozorování selhaly a připravily sondu New Horizons na návštěvu tohoto asteroidu.
Sofia byla použita také pro astrobiologické mise, mimo jiné se zaměřením na pozorování nových planetárních systémů a detekci komplexních molekul.
V říjnu 2020 astronomové hlásili detekci molekulární vody na sluncem zalitém povrchu měsíce několika nezávislými kosmickými loděmi, včetně Stratosférické observatoře pro infračervenou astronomii (SOFIA).
Airborne Astronomy Ambassadors Program (AAA)
SOFIA byla od začátku navržena tak, aby podporovala robustní veřejné vzdělávání a osvětové úsilí, které může během plánované 20leté mise přímo zapojit více než tisíc pedagogů všech typů - učitelé K-12 , vědecké muzeum a pedagogové planetária a specialisté na veřejný dosah - jako partneři s vědcem a prostřednictvím těchto pedagogů osloví stovky tisíc lidí po celé zemi.
„Šestka SOFIA“ je první skupinou pedagogů vybraných ve Spojených státech, kteří se účastní programu „Pilot“ SOAIA AAA, a letělo v létě 2011. Německo má samostatný proces podávání přihlášek, ale v létě také letělo se dvěma učiteli. Týmy pedagogů a jejich náhradníci byli vybráni ve vysoce konkurenčním přihlašovacím procesu. NASA a DLR (Německá vesmírná agentura) vybrali pedagogy, kteří pocházeli z různých prostředí, a mezi jejich instituce patřila škola pro neslyšící, alternativní vzdělávací stránka (vývojově náročná), vysoce nedostatečná populace studentů, venkovské školy a indiánská škola. . Od cyklu „Pilot“ letěl program AAA přes 20 týmů a nyní je ve fázi 5 cyklu.
17. září 2015 letělaherečka Star Treku Nichelle Nicholsová na palubu SOFIA.
Viz také
Reference
externí odkazy
- Centrum vědy SOFIA , USRA a DSI
- Mise SOFIA , NASA
- SOFIA Mission Profile od sluneční soustavy průzkum u NASA
- Web DLR SOFIA
- NASA Astronomy Picture of the Day: SOFIA's Window Seat (25. února 2006)
- Stratosférická observatoř pro infračervenou astronomii (SOFIA) , Katedra astronomie a astrofyziky na University of Chicago
- SOFIA: Stratosférická observatoř pro infračervenou astronomii , Moonfest 2009 od NASA