Telescopio espacial romano Nancy Grace

El Telescopio Espacial Romano Nancy Grace (abreviado como Roman o Telescopio Espacial Romano , y anteriormente el Telescopio de Levantamiento Infrarrojo de Campo Amplio o WFIRST ) es un telescopio espacial infrarrojo de la NASA actualmente en desarrollo. Roman fue recomendado en 2010 por el comité Decadal Survey del Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos como la máxima prioridad para la próxima década de la astronomía. El 17 de febrero de 2016, se aprobó el desarrollo y lanzamiento de WFIRST. [5]

Telescopio espacial romano Nancy Grace
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Modelo renderizado del telescopio espacial romano en mayo de 2020.
Nombres
Telescopio espacial romano romano Telescopio
de estudio infrarrojo de campo amplio
(WFIRST) Misión conjunta de energía oscura (JDEM)
Tipo de misión Telescopio espacial infrarrojo
OperadorNASA  / JPL  / GSFC
Sitio webhttp://roman.gsfc.nasa.gov/
Duración de la misión5 años (planeado) [1]
Propiedades de la nave espacial
FabricanteCentro de vuelo espacial Goddard de la NASA
Masa de lanzamiento4.166 kg (9.184 libras) [2]
Secado masivo4.059 kg (8949 libras)
Masa de carga útil2.191 kg (4.830 libras)
Energía2500 vatios
Inicio de la misión
Fecha de lanzamiento2025 [3]
CoheteVehículo de lanzamiento comercial [4]
Sitio de lanzamientocabo Cañaveral
Parámetros orbitales
Sistema de referenciaÓrbita L 2 Sol-Tierra
RégimenÓrbita de halo
Altitud del perigeo188.420 km (117.080 millas)
Altitud de apogeo806,756 km (501,295 millas)
Telescopio principal
TipoAnastigmat de tres espejos
Diámetro2,4 m (7 pies 10 pulgadas)
Relación focalf / 7,9
Longitudes de ondaInfrarrojo cercano , luz visible
Transpondedores
BandaBanda S (soporte TT&C)
Banda Ka (adquisición de datos)
Banda anchaPocos kbit / s dúplex (banda S)
290 Mbit / s (banda Ka)
Instrumentos
Instrumento de campo amplio (
WFI ) Instrumento coronógrafo (CGI)
 
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Esta visualización sigue al telescopio espacial romano en su trayectoria hacia el punto L2 de Lagrange entre el Sol y la Tierra .

El Telescopio Espacial Romano se basa en un espejo primario de campo de visión de 2,4 m de ancho existente y llevará dos instrumentos científicos. El Wide-Field Instrument (WFI) es una cámara de infrarrojo cercano y visible multibanda de 300,8 megapíxeles , que proporciona una nitidez de imágenes comparable a la obtenida por el Telescopio Espacial Hubble (HST) en un campo de visión de 0,28 grados cuadrados, 100 veces más grande que las cámaras de imágenes en HST. El Coronagraphic Instrument (CGI) es una cámara y un espectrómetro de alto contraste y pequeño campo de visión que cubre las longitudes de onda visibles y del infrarrojo cercano utilizando una novedosa tecnología de supresión de la luz de las estrellas.

El diseño del Telescopio Espacial Romano tiene herencia de varios diseños propuestos para la Misión Conjunta de Energía Oscura (JDEM) entre la NASA y el Departamento de Energía (DOE). Roman agrega algunas capacidades adicionales a las propuestas originales de JDEM, incluida la búsqueda de planetas extrasolares utilizando microlentes gravitacionales . [6] En su encarnación actual (2015), [7] una gran fracción de su misión principal se centrará en sondear la historia de expansión del Universo y el crecimiento de la estructura cósmica con múltiples métodos en rangos de corrimiento al rojo superpuestos, con el objetivo de midiendo con precisión los efectos de la energía oscura , [8] la consistencia de la relatividad general y la curvatura del espacio-tiempo .

En 2018 y 2020, la administración Trump y la NASA intentaron reducir o cancelar el presupuesto del WFIRST, en parte debido a los sobrecostos del telescopio espacial James Webb . Sin embargo, el Congreso incluyó algunos fondos. El 2 de marzo de 2020, la NASA anunció que había aprobado WFIRST para proceder a la implementación, con un costo de desarrollo esperado de US $ 3.2 mil millones y un costo total máximo de US $ 3.934 mil millones, incluido el coronógrafo y cinco años de operaciones científicas de la misión. [9]

El 20 de mayo de 2020, el administrador de la NASA Jim Bridenstine anunció que la misión se llamaría Telescopio Espacial Nancy Grace Roman en reconocimiento al papel fundamental del exjefe de astronomía de la NASA en el campo de la astronomía espacial . [10]

El 31 de marzo de 2021, la Oficina del Inspector General (OIG) de la NASA publicó un informe que afirmaba que el desarrollo del Telescopio Espacial Romano Nancy Grace se había visto afectado por la pandemia COVID-19 , que afectó a los EE. UU. Durante un momento particularmente importante en el desarrollo del telescopio. La NASA espera un impacto total de $ 400 millones debido a la pandemia y su efecto sobre los subcontratistas del proyecto. [11]

El diseño original de Roman, llamado WFIRST Design Reference Mission 1, se estudió en 2011-2012, con un telescopio anastigmat de tres espejos sin obstrucciones de 1,3 m (4 pies 3 pulgadas) de diámetro . [12] Contenía un solo instrumento, un espectrómetro de prisma sin rendija / generador de imágenes visible a infrarrojo cercano.

En 2012, surgió otra posibilidad: la NASA podría usar un telescopio de la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO) de segunda mano fabricado por Harris Corporation para cumplir una misión como la planeada para Roman. NRO se ofreció a donar dos telescopios , del mismo tamaño que el telescopio espacial Hubble pero con una distancia focal más corta y, por lo tanto, un campo de visión más amplio . [13] Esto proporcionó un impulso político importante al proyecto, a pesar de que el telescopio representa solo una fracción modesta del costo de la misión y las condiciones de los límites del diseño de la NRO pueden empujar el costo total por encima del de un diseño nuevo. Este concepto de misión, llamado WFIRST-AFTA (Astrophysics Focused Telescope Assets), fue desarrollado por un equipo científico y técnico; [14] esta misión es ahora el único plan actual de la NASA para el uso de los telescopios NRO. [15] El diseño de la línea de base romana incluye un coronógrafo para permitir la obtención de imágenes directas de exoplanetas . [dieciséis]

Se estudiaron varias implementaciones de WFIRST / Roman (incluida la configuración Joint Dark Energy Mission- Omega, una misión de referencia de diseño provisional con un telescopio de 1,3 m, [17] Misión de referencia de diseño 1 [18] con un telescopio de 1,3 m, Misión de referencia de diseño 2 , [19] con un telescopio de 1,1 m, y varias iteraciones de la configuración AFTA de 2,4 m). En el informe más reciente, [7] Roman fue considerado tanto para órbitas geosincrónicas como L2 . El Apéndice C documenta la desventaja de L2 versus geosincrónico en la velocidad de datos y el propulsor, pero las ventajas de mejorar las restricciones de observación, mejor estabilidad térmica y un ambiente de radiación más benigno en L2. Algunos casos científicos (como el paralaje de microlente de exoplanetas) se mejoran en L2, y la posibilidad de servicio robótico en cualquiera de las ubicaciones requiere más estudios.

El proyecto está dirigido por un equipo del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland . El científico del Proyecto para Roman desde sus inicios hasta su muerte en 2017 fue Neil Gehrels , a quien sucedió Jeffrey Kruk, seguido en agosto de 2020 por Julie McEnery . El director del proyecto es Jamie Dunn, que sucedió a Kevin Grady a finales de 2018. El científico del programa es Dominic Benford y el ejecutivo del programa es John Gagosian. El Grupo de Trabajo de Ciencias de la Formulación está presidido por el científico del proyecto, junto con los vicepresidentes David Spergel y Jeremy Kasdin . [20]

El 30 de noviembre de 2018, la NASA anunció que había adjudicado un contrato para el telescopio. [21] Esto fue para una parte llamada Ensamblaje del Telescopio Óptico u OTA, y se extiende hasta 2025. [21] Esto es en conjunto con el Centro de Vuelo Espacial Goddard para el cual se planea la entrega de la OTA como parte de este contrato. [21]

Una descripción de febrero de 2019 de las capacidades de la misión está disponible en un documento técnico emitido por miembros del equipo romano. [22]

Una presentación del Telescopio Espacial Romano por Jason Rhodes en la Conferencia de la Sociedad Astronómica Americana de 2020

Los objetivos científicos de Roman apuntan a abordar cuestiones de vanguardia en cosmología e investigación de exoplanetas , que incluyen:

  • Respondiendo preguntas básicas sobre la energía oscura , complementarias a la misión EUCLID de la Agencia Espacial Europea (ESA) , e incluyendo: ¿La aceleración cósmica es causada por un nuevo componente energético o por la ruptura de la relatividad general en escalas cosmológicas? Si la causa es un nuevo componente de energía, ¿su densidad de energía es constante en el espacio y el tiempo, o ha evolucionado a lo largo de la historia del universo ? Roman utilizará tres técnicas independientes para sondear la energía oscura: oscilaciones acústicas bariónicas , observaciones de supernovas distantes y lentes gravitacionales débiles .
  • Completar un censo de exoplanetas para ayudar a responder nuevas preguntas sobre el potencial de vida en el universo : ¿Qué tan comunes son los sistemas solares como el nuestro? ¿Qué tipo de planetas existen en las regiones exteriores frías de los sistemas planetarios? - ¿Qué determina la habitabilidad de mundos similares a la Tierra? Este censo hace uso de una técnica que puede encontrar exoplanetas con una masa solo unas pocas veces mayor que la de la Luna: la microlente gravitacional . El censo también incluiría una muestra de planetas que flotan libremente con masas probablemente hasta la masa de Marte . [23]
  • Establecimiento de un modo de investigador invitado, que permite que las investigaciones de encuestas respondan diversas preguntas sobre nuestra galaxia y el universo.
  • Proporcionar un coronógrafo para imágenes directas de exoplanetas que proporcionará las primeras imágenes directas y espectros de planetas alrededor de nuestros vecinos más cercanos similares a nuestros propios planetas gigantes.

Roman tendrá dos instrumentos:

  • El instrumento de campo amplio (WFI) es una cámara de 300,8 megapíxeles que proporciona imágenes de múltiples bandas visibles al infrarrojo cercano (0,48 a 2,0 micrómetros) utilizando un filtro de banda ancha y seis filtros de banda estrecha. Una matriz de plano focal basada en HgCdTe captura un campo de visión de 0,28 grados cuadrados con una escala de píxeles de 110 milisegundos de arco. La matriz de detectores está compuesta por 18 detectores H4RG-10 proporcionados por Teledyne . [24] También lleva ambos de alta dispersión grisma y de baja dispersión conjuntos de prisma para campo amplio espectroscopia slitless .
  • El segundo instrumento es un coronógrafo de alto contraste que cubre longitudes de onda más cortas (0,5 a 0,8 micrómetros) que utiliza tecnología de supresión de luz estelar de espejo deformable dual. Su objetivo es lograr una supresión de parte por mil millones de la luz de las estrellas para permitir la detección y espectroscopía de planetas a tan solo 0,15 segundos de arco de sus estrellas anfitrionas.

Shawn Domagal-Goldman dando una presentación sobre el Telescopio Espacial Romano.

En el año fiscal 2014, el Congreso proporcionó 56 millones de dólares para Roman, y en 2015 el Congreso proporcionó 50 millones de dólares. [25] El proyecto de ley de gastos del año fiscal 2016 proporcionó 90 millones de dólares para Roman, muy por encima de la solicitud de la NASA de 14 millones de dólares, lo que permitió que la misión entrara en la "fase de formulación" en febrero de 2016. [25] El 18 de febrero de 2016, la NASA anunció que Roman se había convertido formalmente en un proyecto (en lugar de un estudio), lo que significa que la agencia tiene la intención de llevar a cabo la misión como base; [5] en ese momento, la parte "AFTA" del nombre se eliminó ya que solo se está aplicando ese enfoque. Roman tiene un plan para un lanzamiento a mediados de la década de 2020. El costo total de Roman en ese momento se esperaba en más de 2 mil millones de dólares; [26] La estimación del presupuesto de la NASA para 2015 fue de alrededor de US $ 2.000 millones en dólares de 2010, lo que corresponde a alrededor de US $ 2.700 millones en dólares anuales reales (ajustados por inflación). [27] En abril de 2017, la NASA encargó una revisión independiente del proyecto para garantizar que el alcance y el costo de la misión se entendieran y alinearan. [28] La revisión reconoció que Roman ofrece "capacidades de estudio innovadoras y sin precedentes para la energía oscura , los exoplanetas y la astrofísica en general ", pero dirigió la misión a "reducir el costo y la complejidad lo suficiente como para tener una estimación de costos consistente con el objetivo de costos de US $ 3.2 mil millones establecido al comienzo de la Fase B ". [29] La NASA anunció las reducciones tomadas en respuesta a esta recomendación, y que Roman procedería a la revisión del diseño de su misión en febrero de 2018 y comenzaría la Fase B en abril de 2018. [30] La NASA confirmó que los cambios realizados en el proyecto habían reducido su estimó el costo del ciclo de vida en 3.200 millones de dólares EE.UU. y que la decisión de la fase B estaba en camino de comenzar el 11 de abril de 2018. [31]

El presupuesto propuesto por la administración Trump para el año fiscal 2019 terminaría con Roman (entonces llamado WFIRST), citando prioridades más altas dentro de la NASA y el costo creciente de este telescopio. [32] La cancelación propuesta del proyecto fue recibida con críticas por astrónomos profesionales, quienes señalaron que la comunidad astronómica estadounidense había calificado a Roman como la misión espacial de mayor prioridad para la década de 2020 en el 2010 Decadal Survey . [33] [34] La Sociedad Astronómica Estadounidense expresó su "gran preocupación" por la cancelación propuesta y señaló que el costo estimado del ciclo de vida de Roman no había cambiado durante los dos años anteriores. [35] Sin embargo, del 22 al 23 de marzo de 2018, el Congreso aprobó un presupuesto romano para el año fiscal 2018 superior a la solicitud presupuestaria de la administración para ese año y declaró que el Congreso "rechaza la cancelación de las prioridades científicas recomendadas por el proceso de encuesta decenal de la Academia Nacional de Ciencias". y ordenó además a la NASA que desarrollara nuevas estimaciones de los costos de desarrollo totales y anuales de Roman. [36] [31] Más tarde, el presidente anunció que había firmado el proyecto de ley el 23 de marzo de 2018. [37] La NASA fue financiada a través de un proyecto de ley de asignaciones del año fiscal 2019 el 15 de febrero de 2019 con US $ 312 millones para Roman, rechazando la solicitud de presupuesto del presidente y reafirmando la deseo de completar Roman con un presupuesto de planificación de US $ 3,2 mil millones. [38]

Una vez más, la administración Trump propuso terminar con Roman (entonces llamado WFIRST) en su propuesta de presupuesto para el año fiscal 2020 al Congreso. [39] En un testimonio el 27 de marzo de 2019, el administrador de la NASA Jim Bridenstine insinuó que la NASA continuaría Roman después del telescopio espacial James Webb , afirmando que "WFIRST será una misión crítica cuando James Webb esté en órbita". [40] En una presentación del 26 de marzo de 2019 ante el Comité de Astronomía y Astrofísica de las Academias Nacionales , el director de la División de Astrofísica de la NASA, Paul Hertz, declaró que Roman "está manteniendo su costo de 3.200 millones de dólares por ahora ... Necesitamos 542 millones de dólares en el año fiscal 2020 para quedarse en el camino". En ese momento, se declaró que Roman llevaría a cabo su Revisión de diseño preliminar (PDR) para la misión general en octubre de 2019, seguida de una confirmación formal de la misión a principios de 2020.

La NASA anunció la finalización de la Revisión de diseño preliminar (PDR) el 1 de noviembre de 2019, pero advirtió que aunque la misión seguía en camino hacia una fecha de lanzamiento de 2025, los déficits en la propuesta de presupuesto del FY2020 del Senado para Roman amenazaban con retrasarlo aún más. [3]

El 2 de marzo de 2020, la NASA anunció que había aprobado WFIRST para proceder a la implementación, con un costo de desarrollo esperado de US $ 3.2 mil millones y un costo total máximo de US $ 3.934 mil millones, incluido el coronógrafo y cinco años de operaciones científicas de la misión. [9]

El 20 de mayo de 2020, el administrador de la NASA Jim Bridenstine anunció que la misión se llamaría Telescopio Espacial Nancy Grace Roman en reconocimiento al papel fundamental del exjefe de astronomía de la NASA en el campo de la astronomía espacial . [10]

La oficina del proyecto Roman se encuentra en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland , y es responsable de la gestión general del proyecto. GSFC también lidera el desarrollo del Instrumento de Campo Amplio, la nave espacial y el telescopio. El Instrumento Coronagráfico se está desarrollando en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California . Las actividades de apoyo científico para Roman se comparten entre el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial ( Baltimore, Maryland ), que es el Centro de Operaciones Científicas; el Centro de Análisis y Procesamiento de Infrarrojos , Pasadena, California; y GSFC .

Cuatro agencias espaciales internacionales, a saber, el Centro Nacional de Estudios Espaciales (CNES), el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) están actualmente en conversaciones con la NASA para proporcionar varios componentes y ciencia. soporte para Roman. [41] [42] La NASA ha expresado interés en las contribuciones de la ESA al apoyo de la nave espacial, el coronógrafo y la estación terrestre. [43] Para el instrumento del coronógrafo, se están debatiendo las contribuciones de Europa y Japón . [43] Una contribución de Alemania 's Instituto Max Planck de Astronomía está bajo consideración, es decir, las ruedas de filtros para la máscara de estrellas de bloqueo dentro del coronógrafo. [44] La agencia espacial japonesa JAXA propone agregar un módulo de polarización para el coronógrafo, más un compensador de polarización. Una capacidad de polarimetría precisa en Roman puede fortalecer el caso científico de exoplanetas y discos planetarios , que muestra polarización. [45] [46] Además de estas posibles asociaciones, Australia ha ofrecido contribuciones de estaciones terrestres para la misión. [47]

En 2012, la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO) de EE. UU . Donó dos telescopios espaciales que ya no necesitaba. [48] Estos telescopios tienen 2,4 metros de ancho, aproximadamente el doble que el telescopio que se había planeado para Roman. Como resultado, la misión había sido rebautizada como WFIRST-AFTA, "AFTA" que significa Astrophysics Focused Telescope Assets. [49]

En mayo de 2018, la NASA otorgó un contrato de varios años a Ball Aerospace para proporcionar componentes clave (el ensamblaje opto-mecánico de WFI) para el instrumento de campo amplio en Roman. [50] En junio de 2018, la NASA otorgó un contrato a Teledyne Scientific and Imaging para proporcionar los detectores de infrarrojos para el instrumento de campo amplio. [51] El 30 de noviembre de 2018, la NASA anunció que había adjudicado el contrato para el ensamblaje del telescopio óptico a Harris Corporation de Rochester, Nueva York . [21]

  • telescopio espacial Hubble
  • Telescopio espacial James Webb
  • Explorador de levantamientos infrarrojos de campo amplio
  • Telescopio espacial Spitzer

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  • US $ 1,6 mil millones Telescopio buscaría extranjeros planetas y Sonda energía oscura - Space.com
  • La misión astrofísica WFIRST / AFTA: más grande y mejor para los exoplanetas , Tom Greene
  • "Presentación del lanzamiento del informe Astro2010" .
  • NASA / Goddard - WFIRST: Descubriendo los misterios del universo en YouTube (min. 1:25) 30 de mayo de 2014
  • WFIRST-AFTA: Desarrollo de tecnología de coronografía en YouTube (mínimo 4:20) 16 de marzo de 2015
  • WFIRST: Lo mejor de ambos mundos en YouTube (min. 3:14) 18 de febrero de 2016