링스 엑스선 관측소

링스 엑스선 관측소

링스 엑스선 관측소
이름	Lynx X선 검사기(이전의 이름)
미션형	우주망원경
연산자	나사
웹사이트	www.lynxobservatory.org
미션의 시작
출시일자	2036년 (1996년)
궤도 매개변수
참조 시스템	태양-지구 L 궤도2
메인
유형	울터 망원경
지름	3m(9.8ft)
초점 길이	10m(33ft)
채집면적	1keV에서 2m2(22평방피트)
파장	엑스선
해상도	전체 시야에서 0.5 아크sec
계기
LMA(Lynx X선 미러 어셈블리) HDXI(고화질 X선 이미저) 링스 X선 마이크로칼로미터(LXM) X선 그래팅 분광계(XGS)
링스 X선 관측소 워드마크 대규모 전략 과학 임무

링스 X선 관측소(Lynx)는 미국 국립과학원 2020 천문학 및 천체물리학 퇴폐 조사의 일환으로 NASA가 지원하는 대형 미션 개념 연구다.개념연구 단계는 2019년 8월 현재 완료되며, 우선 순위를 정하기 위해 Lynx 최종 보고서가^[1] Departical Survey에 제출되었다.만약 발사된다면, 링스는 현재까지 건설된 가장 강력한 X선 천문학 관측소가 될 것이고, 현재 Chandra X선 관측소와 XMM-Newton 우주 망원경을 능가하는 규모의 발전을^[2] 가능하게 할 것이다.null

배경

참고 항목: 대규모 전략 과학 임무

2016년 NASA는 2013년 소위 천체물리학 로드맵에 제시된 권고사항에 따라 향후 대형 전략과학 임무를 위한 4개의 우주망원경 개념 연구를 수립했다.링스(Rynx, 원래 로드맵 문서에서는 X선 검사관으로 불리며, 이들은 거주 가능한 Exoplanet Imaging Mission(HabEx), 대형 자외선 광학 적외선 검사기(LUVUAR), 오리진 우주 망원경(OST, 원래 원적외선 검사기로 불림)이다.4개 팀은 2019년 8월 최종 보고서를 완성해 NASA와 국립과학원 양쪽에 넘겼고, NASA는 독립된 데카탈 조사 위원회에서 NASA에 어떤 임무를 최우선으로 해야 하는지 조언하고 있다.만약 그것이 최우선 순위를 차지하고 따라서 자금을 지원받게 된다면, 스라스는 대략 2036년에 출시될 것이다.제2의 태양-지구 라그랑주점(L2)을 중심으로 후광궤도에 놓이게 되며, 20년 이상 가동할 수 있는 충분한 추진체를 정비하지 않고 운반하게 된다.^[1][2]null

링스 개념 연구는 여러 국제 학술 기관, 항공우주 및 공학 회사들의 200명 이상의 과학자와 엔지니어가 참여했다.^[3]링스 과학기술 정의팀(STDT)은 알렉세이 비클린인과 페릴 외젤이 공동위원장을 맡았다.제시카 가스킨은 NASA의 연구 과학자였고, 마샬 우주비행센터는 스록스 연구실을 하버드-스미스소니언 천체물리학 센터의 일부인 스미스소니언 천체물리학전망대와 공동으로 관리했다.null

과학적 목적

개념 연구의 최종 보고서에 따르면, 링스 디자인 레퍼런스 미션은 다음의 세 가지 천체물리학적 발견 영역에서 주요 진보를 가능하게 하기 위해 의도적으로 최적화되었다.

• 블랙홀의 새벽 (lynx 보고서 1장)
• 은하 형성 및 진화의 원동력 (Lynx 보고서, 2장)
• 항성진화와 항성생태계의 에너지 특성 (Lynx Report, 3장)

집합적으로, 이것들은 전망대에 대한 기준 요건을 설정하는 세 가지 "과학 기둥"의 역할을 한다.그러한 요건에는 크게 강화된 감도, 망원경의 시야에서 안정된 아크초 미만의 점 확산 기능, 영상 및 그라프트 분광 모두에 대한 매우 높은 스펙트럼 분해능이 포함된다.이러한 요건들은 차례로 멀티메신저 천문학, 블랙홀 악보 물리학, 대규모 구조, 태양계 과학, 그리고 심지어 외부행렬을 포함한 천체물리학적 풍경(lynx 보고서 제4장에 요약된 바와 같이)에 걸쳐 주요한 기여를 하는 광범위한 과학 사례를 가능하게 한다.링스 팀은 NASA의 위대한 관측소 프로그램의 정신에서 영감을 받아 이 임무의 과학 능력을 "변환적으로 강력하고 유연하며 장수"라고 홍보한다.null

미션 설계 및 페이로드

우주선

개념연구의 최종보고서 6-10장에 기술된 바와 같이, 링스는 개별 X선 광자의 위치, 에너지 및 도착시간을 기록하는 방목 X선 망원경과 검출기를 갖춘 X선 관측소로 설계되었다.인자 후 측면 재구성은 정밀도와 안정성에 대한 중간 정도의 요건으로 이어지는 동시에 검출된 광자에 대한 정확한 하늘 위치를 가능하게 한다.링스 우주선의 디자인은 움직이는 부품이 거의 없고 높은 기술 준비도 요소들로 찬드라 X선 관측소에서 나온 유산에 크게 의존한다.링스는 태양-지구 L2주변 후광궤도에서 작동해 안정적인 환경에서 높은 관측 효율이 가능하다.그것의 기동 및 운용 절차는 Chandra의 것과 거의 동일하며, 유사한 설계 접근방식은 수명을 촉진한다.스라스는 공간 내 서비스 없이 최소 20년 동안 지속적인 작동이 가능하도록 충분한 소모품을 운반할 것이다.그러나 우주선과 유상탑재 요소는 서비스 가능하도록 설계되어 잠재적으로 훨씬 더 긴 수명을 가능하게 한다.null

페이로드

Lynx Design Reference Mission에서 감도, 공간, 스펙트럼 분해능의 주요 진보는 우주선의 탑재량, 즉 거울 조립과 세 가지 과학 기구의 집합에 의해 가능하게 된다.링스 리포트는 각 페이로드 요소들이 첨단 기술을 특징으로 하는 동시에 지난 20년 동안 기존 계측 기술 개발의 자연적 진화를 나타낸다고 지적했다.핵심 기술은 현재 TRL(Technology Readiness Levels) 3 또는 4에 있다.링스 보고서에 따르면 2020년대 초 3년간 목표한 A단계 전 단계 개발로 4대 핵심 기술 중 3대가 TRL 5로 성숙하고 1개는 A단계 시작 시 TRL 4에 도달해 TRL 5를 곧 달성할 것으로 보인다.링스 페이로드(Lynx payload)는 다음과 같은 4가지 주요 요소로 구성된다.

• LMA(Lynx X-ray Mirror Assembly: LMA)는 관측소의 중심 요소로, 감도, 분광 처리량, 측량 속도 등의 주요 진보가 가능하며, 오프 축 성능이 크게 향상되어 찬드라에 비해 영상화가 크게 향상되었다.Lynx 디자인 기준 미션 기준선은 실리콘 메타셸 광학(SMO)이라고 불리는 신기술로, 수천 개의 매우 얇고 광택이 높은 실리콘 조각들이 빽빽하게 채워진 동심원 쉘에 쌓여 있다.링스에 대해 고려된 3가지 미러 기술 중 SMO 디자인은 입증된 성능 면에서 현재 가장 진보된 것이다(Lynx에 필요한 것에 이미 근접했다).SMO의 고도로 모듈화된 설계는 높은 내결함성을 제공하는 동시에, 일부 개별 미러 세그먼트 또는 심지어 모듈이 손상되면 일정 및 비용에 미치는 영향은 미미하다.
• HDXI(고화질 X선 이미저): HDXI는 링스(Lynx)의 주요 이미저로서 넓은 시야(FOV)를 통한 높은 공간 해상도와 0.2-10 keV 대역 패스를 통한 높은 민감도를 제공한다.0.3아크초(0.3㎛) 픽셀은 22㎛ × 22㎛ FOV에 걸쳐 링스 미러 포인트 스프레드 기능을 적절히 샘플링한다.최적의 초점 표면을 따라 HDXI의 21개의 개별 센서가 배치되어 오프 축 PSF를 개선한다.Lynx DRM은 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) Active Pixel Sensor(APS) 기술을 사용하여 필요한 기능(즉, 높은 판독률, 고대역 양자 효율성, 충분한 에너지 분해능, 최소 화소 크로스스토크, 방사선 경도)을 가질 것으로 예상된다.링스 팀은 비슷한 TRL 등급(TRL 3)과 사운드 TRL 고급 로드맵을 가진 세 가지 옵션, 즉 모놀리스 CMOS, 하이브리드 CMOS, CMOS 판독값이 있는 디지털 CCD를 식별했다.모두 현재 기술 개발을 위한 자금 지원을 받고 있다.
• 링스 X선 마이크로칼로미터(LXM): LXM은 하드와 소프트 X선 대역 모두에서 고해상도 전력(R~2000)을 제공하는 영상 분광계로, 공간 분해능이 높은 (0.5㎛ 이하)과 결합되어 있다.LXM 초점면에는 다양한 범위의 링스 과학 요건을 충족하기 위해 동일한 판독 기술을 공유하는 3개의 배열을 포함하고 있다.각 배열은 흡수기의 픽셀 크기와 두께, 그리고 흡수기를 열 판독에 연결하는 방법에 의해 구별된다.총 픽셀 수는 10만 개를 초과하며 이는 과거 및 현재 계획된 X선 마이크로칼로미터에 대한 큰 도약이다.이러한 엄청난 개선에는 막대한 추가 비용이 수반되지 않는다. 두 개의 LXM 어레이는 단일 온도 센서에 여러 개의 흡수제를 연결하는 단순하고 이미 검증된 "열" 멀티플렉싱 접근방식을 특징으로 한다.이 설계는 판독할 센서의 수(X선 마이크로 캘리미터의 주 전원 및 비용 동인 중 하나)를 약 7,600개로 한다.이것은 아테나의 X-IFU 악기에 대해 계획된 것보다 약간 증가한 것에 불과하다.2019년 봄을 기점으로 3개의 배열을 모두 포함하는 초점 평면의 프로토타입이 2/3 풀사이즈로 만들어졌다.이들 프로토타입은 링스가 요구하는 픽셀 폼 팩터, 크기, 배선 밀도를 갖춘 어레이가 수율이 높은 쉽게 달성할 수 있음을 입증한다.다른 픽셀 유형의 에너지 분해능 요건도 쉽게 달성할 수 있다.LXM은 기술적으로는 아직 TRL 3에 머물고 있지만, 2020년에는 TRL 4를, 2024년에는 TRL 5를 달성하는 확실한 경로가 있다.
• X선 그래팅 분광계(XGS): XGS는 포인트 소스의 소프트 X선 대역에서 훨씬 더 높은 스펙트럼 분해능(R = 5,000, 목표 7,500)을 제공한다.XGS는 현재 상태(찬드라)에 비해 스펙트럼 분해능이 5보다 높고 처리량이 수백 배 높은 인자를 제공한다.이러한 이득은 X선 격자 기술의 최근 진보에 의해 가능해진다.두 가지 강력한 기술 후보: 임계 각도 전송(Lynx DRM에 사용)과 외부 평면 반사 그라프트.둘 다 현재 TRL 4에서 충분히 실현 가능하며, 최근 X선 테스트에서 높은 효율성과 1만개까지의 해결 능력을 입증했다.

미션 오퍼레이션

찬드라 X선 천문대 체험은 링스 운용에 필요한 시스템을 개발하는 청사진을 제공함으로써 처음부터 시작하는 것에 비해 상당한 비용 절감 효과를 가져온다.이것은 과학 및 운영 센터의 단일 주요 계약자로 시작되며, 과학자, 엔지니어 및 프로그래머로 구성된 완벽한 통합 팀이 이를 담당한다.챈드라용으로 개발된 시스템 설계, 절차, 프로세스 및 알고리즘의 많은 부분이 스라스에 직접 적용될 것이지만, 2030년대와 그 이상에 적합한 소프트웨어/하드웨어 환경에서 모두 리캐스트될 것이다.null

링스의 과학 영향은 3개의 과학 기둥과 관련된 관찰을 포함하여 제안된 모든 관찰을 동료 검토에 맡김으로써 극대화 될 것이다.시간 사전 배분은 미리 선택된 하늘 지역의 조사와 같은 소수의 다목적 핵심 프로그램에 대해서만 고려할 수 있다.이와 같은 개방적인 GO(General Observer) 프로그램 접근법은 허블우주망원경, 찬드라 엑스레이 관측소, 스피처 우주망원경 등의 대형 임무에 성공적으로 채용되었으며, 제임스 웹우주망원경, 낸시 그레이스 로마우주망원경이 계획되어 있다.Lynx GO 프로그램은 과학 기둥의 목적을 달성하고, 천체물리학적 지형을 가로질러 영향을 미치며, 새로운 연구 방향을 열고, 아직 상상조차 할 수 없는 발견을 하기 위해 충분한 노출 시간을 가질 것이다.null

예상원가

링스 X선 관측소의 비용은 48억 달러에서 62억 달러(각각 40%, 70% 신뢰수준으로 20년 회계연도)로 추정된다.이 추정 비용 범위에는 발사체, 비용 예비비 및 5년간의 임무 수행에 대한 자금 지원이 포함되며, 잠재적인 외국인 기여도(유럽우주국(ESA) 참여 등)는 제외된다.개념연구의 최종보고서 제8.5절에 기술된 바와 같이, 링스 팀은 5개의 독립비용 추정치를 의뢰했는데, 이 추정치는 모두 총 임무 수명주기 비용에 대해 비슷한 추정치에 도달했다.null

참고 항목

• 고에너지 천체물리학용 첨단 망원경
• 국제 X선 관측소
• 제안된 우주관측소 목록

참조

외부 링크

• 링스 홈 페이지
• NASA의 과학자들을 위한 링스 홈 페이지