[論文レビュー] LuSEE 'Night': The Lunar Surface Electromagnetics Experiment

S. D. Bale, Neil Bassett+19 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2023

Radio Astronomy Observations and Technology被引用数 11

ひとこと要約

LuSEE Nightは月の遠側での低周波ラジオ天文学実験で、14の地球日（月の夜）を通して運用され、50 MHzの帯域幅を用い、直交する約6 mのダイポールと4チャンネル Nyquist基底帯分光器を用いて、EMIのない環境で50 MHz以下の全地球規模のラジオ空を測定する。

ABSTRACT

The Lunar Surface Electromagnetics Explorer 'LuSEE Night' is a low frequency radio astronomy experiment that will be delivered to the farside of the Moon by the NASA Commercial Lunar Payload Services (CLPS) program in late 2025 or early 2026. The payload system is being developed jointly by NASA and the US Department of Energy (DOE) and consists of a 4 channel, 50 MHz Nyquist baseband receiver system and 2 orthogonal $\sim$6m tip-to-tip electric dipole antennas. LuSEE Night will enjoy standalone operations through the lunar night, without the electromagnetic interference (EMI) of an operating lander system and antipodal to our noisy home planet.

研究の動機と目的

• 清浄な月の遠側環境から50 MHz以下の全球的なラジオ空を特徴づける。
• ランダーの EMI なしで月の夜間に長時間の低周波ラジオ観測の実現可能性を評価する。
• 将来の月面ラジオ天文学の取り組みを支援するための較正とシステム特性評価を提供する。
• 高赤方偏移21 cm宇宙論（Dark Ages）における前景の理解を深めるデータを提供する。
• 将来の LuSEE 類似ミッションの設計と運用の教訓を伝える。

提案手法

• 4チャネル、50 MHz Nyquist基底帯受信系を配置する。
• 向きの研究のため、回転カルーセルに配置された約6 mの直交型電気ダイポールアンテナを2本使用する。
• 4つの単端アンテナ電圧を102.4 Msamples/secで記録し、FPGAベースの分光器を用いて自関連・クロス相関スペクトルを計算する。
• アンテナショットノイズを回避するため、クロス相関からストークスパラメータを計算する。
• デジタル信号処理を容易にし電源ノイズを低減するため、安定したスイッチング周波数を持つDC-DCコンバータを採用する。
• 月の夜を通して電力を供給する大容量バッテリを組み込み、DCBを介してランダーC&DHおよび通信機器とインターフェースを取る。

Figure 1: A CAD drawing of the LuSEE Night system showing the dipole antennas on the carousel, solar arrays (blue) and the large battery (gold box below). The dipole antennas are $\sim$ 6m tip-to-tip, the upper deck is approximately 1m x 1m and the system is $\sim$ 70 cm tall, but will be mounted at

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 月の遠側から観測される50 MHz以下の全球的な低周波ラジオ空スペクトルはどのようなものか。
• RQ2 月環境（ EMIフリー、地平線、レゴリス） は地球上の実験や他の月面実験と比較して測定およびスペクトル色度にどのような影響を与えるか。
• RQ3 LuSEE Night は高赤方偏移21 cm宇宙論（Dark Ages）に関連する前景モデルと較正戦略に情報を提供できるか。

主な発見

• LuSEE Night は月の夜を通して約40 kgのバッテリと回転式アンテナカルーセルを用いて現地での較正研究を行う。
• 分光器は102.4 Msamples/secでサンプルを取り、クロス相関を用いてスペクトル情報と潜在的なストークスパラメータを生成する。
• ペイロードアーキテクチャはParker Solar Probeの機器の系譜を踏まえ、月面条件と EMIフリー観測に適合させた。
• 遠方場較正源（FFCS）コンセプト（CS-4）は、アンテナパターンとシステム応答の較正のため、約50地球日で30回のパスにわたって既知の信号を提供することを提案する。
• 着陸地点と熱設計の考慮事項は地上のRFIの影響と熱的課題を最小化し、長期の自律運用を可能にすることを目的とする。

Figure 2: A block diagram of the LuSEE Night payload showing the instrument components - spectrometer, antennas, preamps, C&DH computer, and power systems. The LuSEE Night computer also operates the S-band communications system and motor drive to reorient the antenna carousel during daytime.