Étudier les âges sombres cosmiques avec LuSEE-Night

LuSEE-Night est un projet qui cherche à étudier une période fascinante de l'univers appelée les Âges Sombres Cosmique. Cette période est survenue après que l'univers soit devenu clair à la lumière, mais avant que les premières étoiles et galaxies ne se forment. En plaçant un instrument spécial sur la face cachée de la Lune, les scientifiques espèrent capter des signaux qui peuvent nous en dire plus sur ce temps mystérieux.

#Qu'est-ce que LuSEE-Night ?

L'Expérience Électromagnétique de Surface Lunaire de Nuit (LuSEE-Night) utilise un dispositif de radiofréquence pour mesurer des signaux d'hydrogène neutre. Ces signaux, connus sous le nom de transition à 21 cm, peuvent nous aider à comprendre la structure et le développement de l'univers primitif. L'instrument a quatre antennes conçues pour capter des ondes radio sous différents angles et orientations, ce qui lui permet de filtrer le bruit des signaux plus forts produits par d'autres sources comme la Terre et le Soleil.

#Défis environnementaux

LuSEE-Night va observer pendant la nuit lunaire, qui peut être particulièrement froide, tombant à environ 100 K. Quand le Soleil est là, les températures peuvent atteindre jusqu'à 390 K. Ça veut dire que l'appareil doit être bien isolé pour rester chaud la nuit tout en gérant la chaleur extrême pendant la journée.

De plus, il a besoin d'énergie pour fonctionner durant les longues nuits lunaires, qui peuvent durer environ deux semaines. La capacité totale de stockage d'énergie est limitée, donc il faut planifier soigneusement pour s'assurer que les instruments restent opérationnels pendant cette période.

#Sources d'énergie

L'énergie principale de LuSEE-Night provient d'une batterie, qui doit être chargée par des Panneaux solaires pendant la journée. La batterie est relativement petite, capable de stocker environ 7 kWh d'énergie, et doit alimenter les instruments pendant la nuit lunaire tout en restant assez chaude pour fonctionner.

Les panneaux solaires sont conçus pour générer de l'énergie durant la journée, avec l'énergie stockée rechargeant la batterie pour la prochaine longue nuit. Un aspect important est que les panneaux solaires doivent être efficaces pour capter la lumière du soleil, même quand le soleil est bas dans le ciel pendant l'aube et le crépuscule.

#Design de la grille solaire

Pour s'assurer que LuSEE-Night puisse recueillir suffisamment d'énergie, les scientifiques ont réalisé des simulations détaillées pour déterminer le meilleur agencement des panneaux solaires sur le module lunaire. Ils ont pris en compte combien de lumière solaire les panneaux recevraient, en tenant compte des ombres projetées par les antennes et de la position changeante du soleil.

Les panneaux solaires seront disposés sur le dessus, les côtés est et ouest du module. Le design vise à capter un maximum de lumière du soleil tout en s'assurant que les antennes peuvent fonctionner correctement sans interférence des panneaux solaires.

#L'importance du positionnement

Le positionnement du module lunaire est crucial. Si le module n'est pas parfaitement aligné, ça pourrait affecter combien d'énergie les panneaux solaires peuvent produire. De petits désalignements sont attendus, mais le design peut accommoder ces variations sans perdre une génération d'énergie significative.

En simulant différents angles et alignements, les chercheurs ont déterminé que LuSEE-Night peut encore répondre à ses besoins énergétiques même s'il y a un léger désalignement après l'atterrissage.

#Gestion de l'énergie pendant les opérations

Gérer l'énergie produite et utilisée par LuSEE-Night est vital pour s'assurer qu'il puisse fonctionner efficacement. Le système utilisera un modèle de base pour surveiller combien d'énergie est utilisée tout au long du jour et de la nuit lunaires.

Pendant la nuit, la batterie se déchargera lentement en alimentant des fonctions essentielles. L'objectif est de minimiser l'utilisation d'énergie et de s'assurer que les données peuvent encore être collectées sans vider la batterie trop rapidement. Il y aura des moments où certains instruments devront être éteints ou mis en mode basse consommation pour préserver la vie de la batterie.

#Opérations quotidiennes

Pendant le jour lunaire, les panneaux solaires généreront de l'énergie pour recharger la batterie. Le Spectromètre, qui collecte des données sur les signaux cosmiques, fonctionnera quand assez de puissance sera disponible. La communication avec le satellite relais aura également lieu, permettant de transmettre les données collectées pendant la nuit de retour sur Terre.

La grille solaire est conçue pour fournir plus d'énergie que nécessaire pour faire fonctionner les instruments, s'assurant que la batterie reste chargée pour la prochaine nuit lunaire. Les chercheurs ont intégré une marge de sécurité pour tenir compte de tout changement imprévu dans la génération d'énergie ou l'efficacité de la batterie au fil du temps.

#Concept des opérations

L'instrument LuSEE-Night est contrôlé par un ordinateur embarqué qui gère tout, des systèmes d'énergie à la collecte des données. Il fonctionnera de manière autonome pendant la nuit, suivant un plan spécifique pour garantir que tout se passe bien.

Le plan opérationnel divise les activités en quatre modes, chacun abordant différentes conditions. Ces modes ajustent les besoins en énergie en fonction de si le système fonctionne pendant le jour ou la nuit, garantissant que tous les composants fonctionnent efficacement sans vider la batterie trop rapidement.

1. Mode Maintenance : C'est le mode par défaut pendant la journée lorsque le système de communication est en veille, attendant de recevoir des signaux du satellite relais. Le spectromètre capturera des données pendant la journée pour la calibration.

2. Mode Transmission : Ce mode est utilisé lorsque le système envoie activement des données vers la Terre. Il nécessite plus de puissance car le transmetteur est activé.

3. Mode Science : Dans ce mode nocturne, les antennes et autres instruments sont activés pour collecter des données, mais le système de communication est éteint pour éviter les interférences.

4. Mode Économie d'énergie : Ici, le système conserve de l'énergie durant la nuit en éteignant le spectromètre quand il n'est pas nécessaire, bien qu'un chauffage minimal soit maintenu pour garder la batterie fonctionnelle.

#Anticipation des défis

Le succès de LuSEE-Night repose beaucoup sur une planification et une exécution minutieuses. L'équipe adoptera d'abord une approche prudente pendant la première nuit lunaire, réduisant le temps d'observation pour s'assurer que l'équipement survive durant cette période.

Ils effectueront des vérifications pour collecter des données sur la santé et le fonctionnement de l'instrument dans les premières heures de la nuit. Cela les aidera à garantir que tout fonctionne comme prévu avant de s'appuyer sur la procédure standard d'observation.

#Conclusion

Le projet LuSEE-Night représente une occasion excitante de collecter des données sur une époque largement inexplorée de l'univers. En alimentant les instruments durant la longue nuit lunaire et en les rechargeant pendant la journée, les scientifiques espèrent ouvrir une nouvelle fenêtre sur notre compréhension du cosmos primitif.

La conception des systèmes d'énergie et leur gestion est cruciale pour le succès de cette mission. Des simulations détaillées, une planification soignée et un équipement robuste aideront à s'assurer que LuSEE-Night puisse atteindre ses objectifs et apporter des informations précieuses à notre compréhension de l'univers. Grâce à cette mission, les chercheurs visent à répondre à des questions fondamentales sur la formation des étoiles et des galaxies et l'évolution des structures cosmiques.