Rekayasa dan Validasi Optik Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman milik NASA
Seorang teknisi optik berbaring di papan loncat yang digantung di antara cermin primer dan sekunder Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman milik NASA. Foto tersebut merupakan pantulan yang diproyeksikan melalui jalur optik teleskop. Teknisi tersebut menyinari seberkas cahaya melalui sistem optik menuju lokasi Wide Field Instrument di masa depan, menunjukkan bagaimana cahaya dari sumber kosmik akan merambat melalui teleskop setelah misi diluncurkan. (Gambar:NASA/Chris Gunn)
Ketika diluncurkan paling lambat Mei 2027, Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman milik Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional (NASA) akan berfungsi sebagai pengintai yang kuat di luar angkasa, menangkap gambar miliaran galaksi jauh dan menjelajahi misteri materi gelap, supernova, dan fenomena kosmik lainnya.
Tujuan utama Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman adalah untuk mensurvei area luas di langit dengan cepat dan berulang kali dengan presisi tinggi untuk memetakan distribusi materi normal (baryonik) dan materi gelap serta memetakan laju ekspansi kosmik di berbagai zaman untuk menyelidiki energi gelap. Informasi ini sangat penting bagi pemahaman kita tentang asal usul alam semesta, dan untuk membantu para ilmuwan memahami apa yang akan terjadi di masa depan dari kosmos yang berkembang pesat. Mereka juga akan menggunakan survei besar untuk mempelajari sistem planet di sekitar bintang lain guna mengetahui apakah tata surya seperti tata surya kita umum, langka, atau mungkin unik.
Foto ini menunjukkan Rakitan Teleskop Optik untuk Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman NASA, yang baru-baru ini dikirim ke ruang bersih terbesar di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard di Greenbelt, Md. (Gambar:NASA/Chris Gunn)
Pencapaian penting dalam program ini dicapai pada bulan November 2024 dengan penyerahan Rakitan Teleskop Optik (OTA) yang telah selesai dan teruji sepenuhnya dari L3Harris ke NASA. Perangkat keras ini bertindak sebagai “mata” observatorium, mengumpulkan dan mengkondisikan cahaya dari kosmos untuk digunakan oleh dua instrumen misi.
Sebagai mitra terpercaya NASA, L3Harris ditugaskan untuk merancang, fabrikasi, integrasi, dan pengujian OTA. Hal ini mencakup cermin utama berdiameter 2,4 meter (8 kaki) serta sembilan cermin kecil lainnya, struktur kokoh untuk menyelaraskan cermin satu sama lain, dan berbagai sistem pendukung yang diperlukan agar teleskop dapat berfungsi di lingkungan luar angkasa yang keras.
Sejak awal program, OTA telah dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan yang menantang dan unik yang ditetapkan oleh NASA dan komunitas sains untuk misi ini. Salah satu area fokus utama tim teleskop adalah mengembangkan teknologi yang diperlukan untuk menyediakan sistem yang dapat memenuhi kebutuhan stabilitas optik ekstrim dalam misi tersebut. Hal ini termasuk pengembangan material komposit karbon baru dengan koefisien ekspansi termal (CTE) yang lebih rendah dari yang dicapai sebelumnya – sangat rendah sehingga teknik baru perlu dikembangkan untuk mengukur sifat-sifatnya. Karena CTE yang sangat rendah, material sepanjang lapangan sepak bola ini hanya akan berubah panjangnya sebesar 100 mikron (lebar rambut manusia) ketika suhunya diubah sebesar 100 derajat Fahrenheit (55 derajat Celsius).
Foto ini menunjukkan keseluruhan sistem optik Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman milik NASA. Ini terdiri dari 10 cermin, termasuk cermin utama berukuran 7,9 kaki (2,4 meter) yang terlihat di dasar gambar ini, yang disebut imaging optic assembly (IOA). (Gambar:NASA/Chris Gunn)
Bahkan dengan bahan yang stabil, suhu teleskop harus tetap konsisten untuk mencapai tujuan misi. L3Harris mengembangkan arsitektur penginderaan dan kontrol suhu baru yang mampu menjaga area utama teleskop tetap stabil hingga seperseribu derajat Celcius bahkan ketika berbagai bagian observatorium terkena panas terik matahari atau menghadapi suhu luar angkasa yang hampir nol mutlak. Sistem kontrol termal yang canggih ini memastikan bahwa struktur dan optik dalam teleskop akan tetap sangat stabil (perubahan sub nanometer pada kesalahan muka gelombang) dan terus memberikan pengukuran ilmiah yang presisi bahkan saat mengalami suhu ekstrem yang berbeda.
OTA dirancang sedemikian rupa sehingga setelah mencapai tujuan operasional akhir satu juta mil dari Bumi, OTA akan memiliki kinerja optik yang optimal. Itu berarti desain tersebut harus memperhitungkan efek kecil dari gravitasi di Bumi dan teleskop yang mendingin hingga mencapai suhu pengoperasian. Para insinyur di L3Harris melakukan simulasi ekstensif untuk memprediksi perubahan yang akan terjadi pada teleskop saat ia berpindah dari gravitasi bumi pada suhu kamar ke lingkungan tanpa gravitasi di luar angkasa yang dingin. Perubahan yang diantisipasi ini diperhitungkan selama desain, fabrikasi, dan penyelarasan optik teleskop. Selain itu, beberapa optik utama dapat dipindahkan untuk memberikan koreksi atas hal-hal yang tidak diketahui dalam prediksi.
Sebuah komputer menghasilkan rendering Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman yang telah selesai, dinamai sesuai nama Direktur Astronomi dan Heliofisika pertama NASA. (Gambar:NASA)
OTA memasuki fase kritis pada awal tahun 2024 saat penyelarasan optik akhir dari berbagai cerminnya dilakukan. Hal ini mengharuskan 10 optik disejajarkan dan diposisikan relatif satu sama lain hingga presisi mikroskopis dan kemudian dikunci secara permanen di tempatnya. Kesalahan ketidakselarasan sekecil sepersepuluh lebar rambut manusia akan menurunkan kinerja pencitraan teleskop. Untuk mencapai presisi penyelarasan ekstrem tersebut, sistem kamera khusus yang disebut interferometer digunakan untuk memantau cermin dengan akurasi tingkat nanometer dan memberikan umpan balik selama proses penyelarasan penting ini.
Setelah penyelarasan akhir, teleskop menjalani pengujian dinamis yang ketat yang mencakup lingkungan ekstrem yang akan dialaminya saat diluncurkan ke luar angkasa di atas roket. Hal ini termasuk menempatkan teleskop pada tingkat suara akustik yang lebih keras daripada yang dialami saat berdiri di samping mesin jet serta gaya akselerasi yang beberapa kali lebih tinggi daripada yang dialami pilot jet tempur saat melakukan manuver high-g.
Tes terakhir yang harus dilewati oleh OTA adalah tes vakum termal di mana kinerja sistem dievaluasi ketika dihadapkan pada kondisi yang mensimulasikan lingkungan keras yang akan dialami OTA saat berada di luar angkasa. Tes ini dilakukan di ruang vakum besar di fasilitas L3Harris di Rochester, New York. Dinding bagian dalam ruang vakum didinginkan dengan nitrogen cair untuk menghasilkan lingkungan yang sangat dingin, dan teleskop didinginkan hingga suhu serendah -120 derajat Fahrenheit (-85 derajat Celsius). OTA mendemonstrasikan kemampuannya untuk mempertahankan suhu yang diinginkan sekaligus memberikan kinerja optik luar biasa yang memenuhi semua persyaratan dengan margin yang tersisa. Setelah pengujian ini berhasil diselesaikan, OTA dikirim ke Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA untuk diintegrasikan bersama dengan instrumen sains dan kendaraan pesawat ruang angkasa.
Ketika Teleskop Luar Angkasa Romawi diluncurkan, ia akan bergabung dengan Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA yang mengorbit titik L2 Lagrange — 1,5 juta kilometer (1 juta mil) tepat “di belakang” Bumi jika dilihat dari Matahari. Roman telah dirancang untuk bekerja sama dengan Teleskop Webb untuk melakukan pengamatan ilmiah gratis yang akan memberikan wawasan lebih luas mengenai fenomena kosmologis daripada yang dapat dicapai oleh misi mana pun jika dilakukan sendiri. Teleskop Luar Angkasa Romawi akan mampu mengambil gambar area luas di langit dengan resolusi serupa dengan Teleskop Luar Angkasa Hubble, namun akan melakukannya 1000x lebih cepat daripada Hubble. Hal ini memungkinkan survei area luas di langit dengan presisi ekstrem untuk mengidentifikasi target yang diinginkan Teleskop Luar Angkasa Webb.
Roman juga akan menjadi teleskop luar angkasa besar paling stabil yang pernah dibuat, setidaknya 10x lebih stabil dibandingkan Webb, dan 100x lebih stabil dibandingkan Hubble. Stabilitas optik ini merupakan fitur penting dari sistem yang memungkinkan para ilmuwan menguji teori dasar kosmologi dengan cara yang belum pernah mungkin dilakukan sebelumnya. Dan ketika teleskop ultra-stabil digabungkan dengan coronagraph, teleskop ini menunjukkan kemampuan utama dalam perjalanan menuju misi astrofisika andalan NASA berikutnya, Habitable Worlds Observatory, dan tujuannya untuk menemukan planet yang dapat mendukung kehidupan.
Pengiriman Roman Space Telescope OTA merupakan tonggak terbaru dalam kemitraan jangka panjang L3Harris dengan NASA. Selama lebih dari 60 tahun, L3Harris telah menyediakan sistem pencitraan mutakhir dan solusi lain yang memajukan eksplorasi alam semesta. Mulai dari teleskop Hubble, Chandra, dan James Webb hingga Stasiun Luar Angkasa Internasional dan Mars Rover, L3Harris telah bersama NASA di setiap langkahnya, mendorong batas-batas penemuan manusia.
Artikel ini ditulis oleh Peter Miller, Chief Systems Engineer, L3Harris Technologies (Rochester, NY). Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi di sini .
