این مطالعات عمدتاً بر این موضوع تمرکز داشتهاند که این رصدخانه چه نوع دادههایی باید جمعآوری کند و جهانهایی که انتظار میرود کشف شوند، از چه ویژگیهایی برخوردار خواهند بود. اکنون مطالعهی جدید دیگری نیز بهصورت پیشچاپ (Preprint) در پایگاه arXiv منتشر شده که توسط دفتر تازهتأسیس «پروژهی بلوغ فناوری HWO» تهیه شده است. این گزارش بهطور مفصل به فناوریهایی میپردازد که برای تحقق این رصدخانهی قدرتمند باید به بلوغ برسند، و همچنین «فضای مبادلهی طراحی» (Trade Space) را تشریح میکند؛ یعنی مجموعهای از انتخابها، مصالحهها و محدودیتهایی که پروژه باید برای انجام موفق مأموریت خود بررسی کند.
مأموریت HWO اهداف متعددی را دنبال میکند، اما شاید مهمترین آنها جستوجوی نشانههای حیات در دستکم ۲۵ سیارهی زمینمانند باشد؛ هدفی که نام این مأموریت نیز از آن الهام گرفته شده است. از دیگر اهداف این رصدخانه میتوان به مطالعهی جهانهای اقیانوسی در همسایگی کیهانی ما—مانند اروپا و انسلادوس، قمرهای یخی مشتری و زحل—اشاره کرد. علاوه بر این، HWO قرار است سیارکهای بالقوه خطرناک را با حساسیتی بیسابقه بررسی کند، که میتواند نقش مهمی در پایش تهدیدهای فضایی برای زمین داشته باشد. نقشهبرداری از کهکشانهای دوردست و مطالعهی اینکه چگونه سیاهچالههای فوقپرجرم فرآیند شکلگیری ستارگان را تنظیم میکنند نیز از دیگر اهداف علمی این پروژه به شمار میروند. با این حال، محور اصلی رصدخانهی جهانهای قابل سکونت، پایش و بررسی سیاراتی است که ممکن است شرایط لازم برای حیات را داشته باشند.
متأسفانه، همین هدف اصلی در عین حال دشوارترین چالش فنی مأموریت نیز محسوب میشود. برای یافتن چیزی که گاهی از آن با عنوان «زمین ۲٫۰» یاد میشود، اجزای تشکیلدهندهی تلسکوپ HWO نباید بیش از چند پیکومتر جابهجا شوند یا دچار تغییر شکل گردند. برای درک بهتر این میزان دقت، کافی است بدانیم که قطر یک اتم معمولی در حدود ۱۰۰ پیکومتر است. این سطح از پایداری به این دلیل ضروری است که سیاراتی که HWO قصد مشاهدهی مستقیم آنها را دارد، حدود ده میلیارد برابر کمنورتر از ستارهای هستند که به دور آن میچرخند. برای مقایسه، پیشرفتهترین تلسکوپ فضایی فعلی—تلسکوپ فضایی جیمز وب—پایداریای در حد نانومتر دارد. به بیان دیگر، HWO باید حدود هزار برابر پایدارتر از جیمز وب باشد؛ چالشی که از نظر مهندسی و طراحی، بسیار عظیم و بیسابقه است.
برای مدیریت و پایش پیشرفت در مسیر دستیابی به چنین هدف دشواری، تیم پروژه از سامانهای به نام سطوح بلوغ مفهومی (Concept Maturity Levels یا CML) استفاده میکند. این سامانه از نظر مفهومی مشابه «سطوح آمادگی فناوری» (Technology Readiness Levels یا TRL) است که بهطور گسترده در پروژههای فضایی به کار میرود، با این تفاوت که CML سلامت و بلوغ کل مفهوم مأموریت را ارزیابی میکند، نه فقط یک فناوری خاص. در این چارچوب، سطوح CML از ۱ تا ۸ تعریف شدهاند؛ جایی که سطح ۱ نشاندهندهی یک ایدهی اولیه و خام است و سطح ۸ به معنای تکمیل «خط پایهی پروژه» و ورود به مرحلهی اجرای کامل در مقیاس واقعی خواهد بود.
مقالهای که اخیراً منتشر شده، اعلام میکند که پروژهی HWO از سطح CML 2 (مرحلهی امکانسنجی اولیه) به سطح CML 3 (مرحلهی فضای مبادله یا Trade Space) ارتقا یافته است. در مرحلهی Trade Space، اعضای تیم پروژه از ابزاری به نام «مطالعات تحلیلی اکتشافی» (Exploratory Analytical Cases) استفاده میکنند. در این مطالعات، پیکربندیهای مختلف تلسکوپ شبیهسازی میشوند تا مشخص شود کدام شکافهای فناورانه مانع از تحقق برخی گزینههای طراحی هستند. در این مرحله، طراحی نهایی تلسکوپ هنوز تثبیت نشده و چندین گزینهی متفاوت بهطور همزمان مورد بررسی قرار میگیرند.
در جریان این بررسیها، چند مؤلفهی فنی حیاتی شناسایی شدهاند. نخستین و شاید مهمترین آنها کرونوگراف است—سامانهای که نقش «سایهانداز ستاره» را ایفا میکند و برای موفقیت مأموریت کاملاً حیاتی است. وظیفهی کرونوگراف مسدود کردن نور ستارهی میزبان است تا نور بسیار ضعیف سیارهی اطراف آن قابل آشکارسازی شود. در عین حال، این سامانه باید قابلیت تغییر شکل کنترلشده داشته باشد و همزمان، شرط پایداری در حد پیکومتر را نیز برآورده کند.
چالش مهم دیگر، خود تلسکوپ و آینههای عظیم آن است. کنترل تغییر شکلهای حرارتی در یک آینهی بسیار بزرگ—که انتظار میرود قطری دستکم ۶٫۵ متر داشته باشد—نیازمند مواد پیشرفته و فناوریهای نوین مهندسی است. کوچکترین تغییر دما میتواند باعث انبساط یا انقباض آینه شود و دقت مورد نیاز را از بین ببرد. افزون بر این، سامانههای جمعآوری نور نیز با چالشهای خاص خود روبهرو هستند؛ از جمله توسعهی پوششهای پیشرفته برای ناحیهی فرابنفش دور (Far-UV) و آشکارسازهای تکفوتونی با نویز بسیار پایین.
در حال حاضر، تمام این فناوریها هنوز در چارچوب بحثهای «فضای مبادلهی طراحی» قرار دارند. این بحثها بهتدریج پیرامون دو طرح اصلی که با محدودیتهای پرتاب سازگارند متمرکز شدهاند: نخست، دهانهای با قطر حدود ۶٫۵ تا ۷ متر که برای پرتاب نیازی به تا شدن ندارد؛ و دوم، دهانهای بزرگتر با قطر حدود ۸ تا ۸٫۵ متر که از آینههای تاشوندهی قطعهای مشابه تلسکوپ جیمز وب استفاده میکند. طی دو سال آینده، تیم پروژه تمرکز خود را بر مدلسازی مزایا، معایب و چالشهای هر یک از این گزینهها خواهد گذاشت. پس از پایان این مطالعات، یک طراحی نهایی انتخاب میشود و پروژه به سطح CML 4 وارد خواهد شد.
امید تیم HWO این است که حدود سال ۲۰۲۹ بتواند «بازبینی مفهوم مأموریت» (Mission Concept Review یا MCR)—یکی از نقاط عطف مهم در جدول زمانی پروژههای ناسا—را برگزار کند و در آن مرحله، پروژه بهطور رسمی به سطح CML 5 ارتقا یابد. تحقق این هدف به این معنا خواهد بود که مأموریت همچنان در مسیر پرتاب در اوایل دههی ۲۰۴۰ قرار دارد، هرچند تاریخ دقیق پرتاب در جریان MCR نهایی خواهد شد. با این حال، با توجه به مشکلات اخیر بودجهای ناسا و احتمال تعطیلیهای دولتی که حتی چند ماه پس از تعطیلی قبلی نیز دوباره مطرح شدهاند، مشخص نیست که آیا حتی نزدیکترین جدولهای زمانی نیز واقعبینانه باشند یا نه. در نهایت، تنها کاری که میتوان انجام داد این است که منتظر ماند و دید آینده چه سرنوشتی برای این مأموریت جاهطلبانه رقم خواهد زد.