پروژه استارشید ناسا نمونهای چالشی در پرواز گروهی فضاپیماها
احتمالا صحنههایی از پرواز گروهی و هماهنگ هواپیماها در نمایشهای هوایی را دیدهاید. فضاپیماها هم برای برخی کاربردهای مخابراتی یا علمی باید هماهنگ با یکدیگر و با حفظ دقیق فاصله از هم به صورت گروهی پرواز کنند. رصد مستقیم سیارههای فراخورشیدی با قراردادن سایهبانی بزرگ در مقابل یک تلسکوپ فضایی ازجمله این کاربردهاست. همراستا کردن و تنظیم دقیق موقعیت سایهبان نسبت به تلسکوپ چالشی بزرگ است که مستلزم کنترل پرواز گروهی این دو فضاپیماست.
تاکنون بیش از ۴ هزار سیاره خورشیدی کشف شدهاند اما به جز تعدادی انگشتشمار بقیه با روشهای غیرمستقیم پیدا شدهاند بدون اینکه خود سیاره بدون واسطه رصد شود. ایده استفاده از سایهبان بسیار بزرگ در مقابل یک تلسکوپ فضایی و سدکردن نور ستارهها برای مشاهده مستقیم سیارههایی که دورشان میچرخند نخستین بار در دهه ۱۹۶۰ میلادی مطرح شد؛ یعنی چهار دهه قبل از کشف نخستین سیاره فراخورشیدی. یکی از چالشهای پیش روی فناوری سایهبان ستارهای توسعه سامانهای برای سنجش و کنترل هماهنگی پرواز گروهی تلسکوپ و سایهبان است.
گروهی از پژوهشگران آزمایشگاه پیشرانش جت (Jet Propulsion Laboratory) زیرمجموعه سازمان ناسا (NASA) مشغول توسعه فناوری استارشید (starshade به معنی سایهبان ستارهای) هستند که در قالب برنامه کاوشهای سیارههای فراخورشیدی ناسا انجام میگیرد. پروژه استارشید از دو فضاپیما تشکیل میشود: یک فضاپیما تلسکوپی فضایی است که فضاپیمای دیگر سایهبانی با طراحی خاص به شکل گلبرگ است که در فاصله دهها هزار کیلومتری از تلسکوپ پرواز میکند. برای انجام موفقیتآمیز رصد مستقیم سیارهها، تلسکوپ و سایهبان ستارهای باید با دقتی در حد یک متر جاگیری صحیحی نسبت به یکدیگر داشته باشد، در غیر این صورت تصویر سیارههای فراخورشیدی ناواضح خواهد بود.
مهندسان موفق شدهاند الگوریتمی رایانهای طراحی کنند که چگونگی جاگیری تلسکوپ و سایهبان نسبت به یکدیگر را با دقت یک اینچ تشخیص میدهد. مقداری از نور ستاره از کنارههای سایهبان منحرف میشود و الگوی تاریک و روشنی در جلوی تلسکوپ ایجاد میکند. با جابهجایی سایهبان نسبت به تلسکوپ این الگو تغییر میکند. با استفاده از دوربینی در دریچه تلسکوپ که این الگوهای تاریک و روشن را ثبت میکند میتوان جاگیری سایهبان نسبت به تلسکوپ را به دقت سنجید. استفاده از این الگوهای تاریک و روشن برای سنجش فاصله پیشتر نیز مطرح شده بود اما اکنون با طراحی این الگوریتم رایانهای یک مرحله به عملی شدن نزدیک شده است. با اطلاعات این الگوریتم رایانهای درباره موقعیت سایهبان نسبت به تلسکوپ میتوان رانشگرهای این دو فضاپیما را به دقت و به صورت خودکار کنترل و جاگیری را تنظیم کرد.
فاصله بین سایبان و تلسکوپ بهاندازه تلسکوپ بستگی دارد. فناوری ارائهشده برای کاربرد در سایهبانها و تلسکوپهای فضایی بسیار بزرگی که تا ۷۶ هزار کیلومتر از یکدیگر فاصله داشته باشند مناسب است. برای سایهبانی با قطر ۲۶ متر ممکن است در بازه ۲۰ هزار تا ۴۰ هزار تغییر کند. این ابعاد برای تلسکوپ نقشهبرداری میدان باز فروسرخ ناسا (Wide Field Infrared Survey Telescope بهاختصار WFRIST) که آینهای با قطر ۲/۴ متری دارد مناسب است. این تلسکوپ قرار است در نیمههای دهه ۲۰۲۰ میلادی راهی فضا شود. طرح فرستادن سایهبان ستارهای به فضا همراه این تلسکوپ در حال بررسی است ولی هنوز تأیید نشده است.