バルーン搭載の大口径サブミリ波望遠鏡天文台

バルーン搭載の大口径サブミリ波望遠鏡天文台
2020年12月2日に提出
BLAST天文台は、ニュージーランドのワナカからの将来の超長期気球キャンペーンのために設計された、提案された超高圧気球搭載気球計です。厳格な超高圧重量エンベロープ内にとどまりながら科学的出力を最大化するために、BLASTは軽量モノコック構造ゴンドラ内に含まれる新しい1.8m軸外光学システムを備えています。ペイロードには300L 4 He極低温受信機が組み込まれ、^ 3と組み合わせた断熱消磁冷蔵庫（ADR）を使用して、8,274個のマイクロ波動的インダクタンス検出器（MKID）を100mKに冷却します。3Heはすべて2Kで動作する液体ヘリウムポンプポットに支えられた収着冷蔵庫です。検出器の読み出しは、次世代のBLAST-TNKGIDPyソフトウェアを実行する新しいザイリンクスRFSOCベースのシステムを利用します。この機器を使用して、ダストダイナミクスに関する未解決の質問に答えるだけでなく、大気透過によって制限されない高高度観測によって可能になる偏光サブミリ波へのコミュニティアクセスを提供することを目指しています。BLAST天文台は、最低31日間の飛行用に設計されており、そのうち70 ％はBLASTの科学的目標の観測に充てられ、残りの30 ％ は、共有リスク提案プログラムを通じて、より広い天文コミュニティからの提案に開放されます。

図1：重要なペイロードコンポーネントがラベル付けされたBLAST天文台ゴンドラの断面図。


図2 :(左）外部光学系と同様に外部光学系を示すBLAST天文台光学系の設計のための光線追跡　極低温レシーバー内部の再イメージング光学系。
配列は、されている三次元空間にあります。明確にするために抑制されています。 （右）0.75°にわたる回折限界性能を示すストレールレシオのマップ
175µmの焦点面。 250および350µmでのシミュレーションは、パフォーマンスの向上を予測します。


図3：BLAST天文台の極低温レシーバー。
300 Lのヘリウムタンクは、蒸気冷却シールドに配置された2つの熱交換器から排出され、最小限に抑えられます。
予測される31-の最も寒い段階での熱負荷　1日の最小飛行時間。
さらに、受信機は今と直接インターフェースするパルスチューブクーラーを備えています
ヘリウムの使用を最小限に抑えた地上試験用の4Kステージ。


図4：a）絶対値を示すBLAST-TNGMKIDの検出器NEP対入射光パワー曲線
ノイズフロアと、負荷ノイズレジームによる線形への移行。 b）TolTEC 150 mmMKIDアレイ。
BLAST天文台は、この同じサイズを使用し、取り付けスキームを変更して、数を大幅に増やします。
アレイごとの検出器の数。 c）（i）250 µmシリコンプレートレットフィードホーンの予備設計（ii）予想される結合
プレートレットフィードホーンの性能と250µmでのモノリシック金属フィードホーンアレイの性能（iii）
BLAST天文台に適したサイズのプレートレットの製造をテストします。

7.結論
BLAST天文台は、開発を組み合わせた提案された超高圧気球実験です
遠赤外線天体物理学の最前線にある科学と新興技術の融合。検出器で利用可能な帯域幅を4倍以上にする次世代のMKID読み出しを構築しており、
衝突を減らすために製造時の共振器間隔を大きくすると同時に、その数を2倍にする
単一の同軸線で読み取ることができます。 BLAST-TNGからの検出器の数を大幅に増やします
新しいウェーハ製造方法を使用して、はるかに大きな焦点面を製造し、作業することにより、8,274に
低周波ノイズ領域で大きなゲインが得られる可能性のある新しい検出器技術を開発する。に
このすべてを可能にする当社の極低温システムが更新され、冷却機能を備えた新しいADRを備えています
100mKまで。ミッションの科学的成果を最大化するために、私たちは光学システムを完全に再設計しました。
軸外望遠鏡、二次ミラーサポートからの回折、放射、および信号の妨害を取り除く
マッピング速度が大幅に向上します。さらに、波長帯を175、250、350µmにシフトしました
ダストSEDピークに近い放射の測定に焦点を合わせます。 30日以上の中緯度飛行で私たちは目指します
拡散ISMの領域での分極化MKID、非常に関心のある特定のGMCのマッピング、および数百の調査
銀河面近くのGMCは、全体的な特性の統計サンプルを提供します。私たちの測定
星間塵の組成、ISMの乱流の特性についての回答を提供します。
星形成における銀河磁場の役割。私たちの科学に加えて、私たちは達成しようとします
共有リスクプログラムとしてコミュニティへのフライトの30％を開放することによる、「天文台」バルーンの役割
地上での実験に欠けている偏光サブミリ波へのアクセスを提供します。