NASA SIM (Space Interferometry Mission) – wie ausgereift war sie technisch zum Zeitpunkt der Absage?

Nach einiger Selbstrecherche:

---

Quelle

SIM war ein ehrgeiziges Missionskonzept für optische Interferometer im Weltraum.

SIM war in der Zeit von 1998-2010 in der Entwicklung (in den letzten Jahren - als verkleinertes SIM-Lite-Konzept).

Die wichtigsten wissenschaftlichen Themen, die SIM behandeln sollte, waren geplant:

• Wie selten sind erdähnliche Planeten um die nächsten Sterne (in der bewohnbaren Zone)
• Wie zahlreich sind Exoplaneten im Allgemeinen?
• Um die Entwicklung junger Sterne zu studieren
• Um Parallaxenmessungen an ausgewählten Objekten durchzuführen (mit mehreren Ordnungen besserer Präzision als frühere Messungen) und ein "astrometrisches Gitter" zu erstellen

Einige Auszüge aus Artikeln aus dem Jahr 2008:

Das Raumfahrzeug war technisch sehr komplex . Zitat aus dem Artikel:

Das SIM PQ-Instrument ist ein optisches Interferometersystem mit einer Basislinie von 9 Metern und umfasst zwei „Führungs“-Interferometer zum Ausrichten von Raumfahrzeugen auf die Referenz und ein „Wissenschafts“-Interferometer zur Durchführung hochgenauer astrometrischer Messungen an Zielsternen. Aufgrund der hohen Kosten wurde die SIM-PQ-Mission jedoch auf unbestimmte Zeit verschoben.

SIM PlanetQuest-Light (oder SIM-Lite) ist ein kostengünstiges Alternativkonzept für SIM PQ. Mit einer kleineren 6-Meter-Basislinie und einem 30-cm-Führungsteleskop anstelle eines dritten Interferometers wird SIM-Lite immer noch eine große Menge der ursprünglichen wissenschaftlichen SIM-PQ-Objektive produzieren. Die Gesamtkosten von SIM-Lite, die etwas über der Hälfte der SIM-PQ-Kosten bis zur Fertigstellung liegen, machen SIM-Lite zu einem attraktiven Kandidaten für das Fliegen einer astrometrischen Mission bis Mitte des kommenden Jahrzehnts.

Das Hauptziel von SIM-Lite (46 % der 5-Jahres-Mission) besteht darin, 65 nahe Sterne in der bewohnbaren Zone nach Exoplaneten mit einer Masse von bis zu einer Erdmasse zu durchsuchen. Abb. 1 zeigt den Entdeckungsraum für Planeten mit SIM-Lite. Für Planeten mit Umlaufzeiten zwischen 100 Tagen und 10 Jahren wäre SIM-Lite für die ausgewählten 65 Sterne um den Faktor 100 besser als jede andere Technik, was die Suche bis zu einem Planeten mit Erdmasse ermöglicht. GAIA (eine derzeit in Entwicklung befindliche europäische Mission) wird sich auf die Suche nach Planeten in Jupitergröße beschränken.

Zu den zu lösenden technischen Herausforderungen ebd.:

SIM hatte viele technologische Herausforderungen zu bewältigen, um zu zeigen, dass die Mission technisch machbar war. Diese Herausforderungen reichen von Steuerungsproblemen auf Nanometerebene bis hin zu Erfassungsproblemen auf Pikometerebene 3 . Während der Technologieentwicklungsphase von SIM 4 wurden wichtige Prüfstände und Messingplatinenkomponenten entworfen, gebaut und getestet , um alle großen technologischen Herausforderungen zu lösen. Beispiele für solche Demonstrationen sind das System Testbed 3 5 , das Micro-Arc-Second Metrology Testbed 6 , das Kite Testbed 7 , das Thermal-Opto-Mechanical Testbed 8und die Spectral Calibration Development Unit [9]. Die Ergebnisse dieser Reihe von Testumgebungen belegen, dass die technologischen Herausforderungen, denen sich SIM stellen muss, realisierbar sind. Diese für SIM PQ entwickelte Technologie gilt direkt für die SIM-Lite-Mission.

Die Autoren haben vor Ort kein TRL (Technology Readiness Level) erreicht, daher frage ich mich, ob die Komponenten in Thermovakuumkameras usw. getestet wurden.

Auch der Beobachtungszyklus war viel komplexer als bei herkömmlichen Teleskopen . Das SIM-Raumfahrzeug wurde entwickelt, um in kurzen sich wiederholenden Zyklen zu arbeiten, und jeder Zyklus erforderte das Umschalten vom beobachteten Objekt zum Leitstern und zurück. Zitat (ebenda):

Die Sequenz beginnt mit 20 Sekunden Beobachtungszeit auf dem Zielstern T, während der Interferenzstreifen gesammelt werden. Auf die Beobachtung folgen etwa 15 Sekunden, um die beiden Science-Siderostaten und die optische Verzögerungsleitung zu schwenken und neu zu positionieren, um Streifen auf dem ersten Referenzstern R1 zu erfassen. Nach 40 Sekunden Beobachtung auf R1 wird das Interferometer wieder auf denselben Zielstern T gerichtet, um 20 Sekunden lang erneut beobachtet zu werden. Dann wird das Interferometer auf den zweiten Referenzstern R2 gerichtet, wir beobachten 40 Sekunden lang und zeigen zurück auf den Zielstern. Wir setzen die Neuausrichtung und Beobachtung zwischen den Zielsternen und den anderen Referenzsternen R3 und R4 fort. Zum Schluss wiederholen wir die Sequenz von Anfang an. Während der gesamten Sequenz sind das Interferometer Guide 1 und das Teleskop Guide 2 auf ihre jeweiligen Sterne fixiert.

All diese Komplexitäten waren notwendig, um sicherzustellen, dass die Instrumente stabil sind und die Einstellung präzise ist, wenn ich das richtig verstehe.

Dieses Whitepaper des Jahres 2020 fasst zusammen:

Aufgrund technischer Verzögerungen, steigender Kosten und aufkommender konkurrierender Techniken wurde SIM im Rahmen der Astro2010 Decadal Survey eingestellt. Hochpräzise Astrometrie unter Verwendung von Interferometern ist technisch schwierig und wurde weitgehend zugunsten traditionellerer Architekturen aufgegeben, wodurch Stabilitätsbeschränkungen von nm-Ebene auf µm-Ebene gelockert werden.

---

Also, zum jetzigen Stand - sind meine Teilfragen beantwortet?

Wie technisch ausgereift war die Mission, als sie abgesagt wurde? Wie weit war es von der Herstellung eines flugfertigen Interferometers entfernt?

Manche Autoren sagen „noch nicht weit von der technischen Reife“, aber jetzt nah dran? Ich habe noch keine endgültige Antwort. TRL-Niveaus der Komponenten wären gut.

Status: Derzeit nicht beantwortet .

---

War technische Unreife der Hauptgrund für die Kündigung von SIM?

Eines davon, aber nicht das einzige (siehe nächster Absatz). Die technische Unsicherheit und damit auch die Kostenunsicherheit waren aus meiner Sicht noch hoch. Die Designer des James-Webb-Weltraumteleskops haben alles getan, und Sie kennen das Ergebnis.

Status: Teilweise beantwortet .

---

Oder ein anderer Kündigungsgrund?

Ja . Einige wissenschaftliche SIM-Themen könnten von anderen (weniger komplexen) astronomischen Einrichtungen angegangen werden, die zwischen 2000 und 2010 entstehen:

• Exoplanetenhäufigkeiten wurden mit dem Kepler-Weltraumteleskop (gestartet 2009) untersucht.

• Astrometrie von GAIA (eingeführt 2014). GAIA hat eine Genauigkeit von 20 Mikrobogensekunden im Vergleich zu 4 Mikrobogensekunden für SIM, aber GAIA macht Astrometrie für viel mehr Sterne.

• Young Star Systems von ALMA Radio Array (in Betrieb seit 2011)

Während SIM-Lite im Vergleich zu anderen Missionen immer noch konkurrenzlos präzise war, hat es meiner Meinung nach aufgrund von Alternativen etwas an Charme verloren.

Status: Dieser Teil der Frage ist beantwortet .