01-09-2023
LISA Pathfinder — космический зонд Европейского космического агентства (ЕКА), предназначенный для проверки общей теории относительности. Ранее проект был известен под названием Small Missions for Advanced Research in Technology-2 (SMART-2)[1]. Пуск ракеты-носителя Вега состоялся в 04:04 (UTC) 3 декабря 2015 года с космодрома Куру во французской Гвиане[2].
Этот зонд протестирует технологии, необходимые для запланированого на 2034 год запуска обсерватории evolved Laser Interferometer Space Antenna (eLISA), которая сможет регистрировать гравитационные волны.
Примерный бюджет миссии составит 400 миллионов евро[3].
LISA Pathfinder разместит два незакрепленных пробных тела в условиях почти идеального свободного падения, и будет контролировать и измерять их относительное движение с беспрецедентной точностью. Космический корабль будет защищать расположенные внутри него пробные тела от внешнего воздействия. Это будет самое уютное место в Солнечной системе[4].
Подготовкой и реализацией мисии LISA Pathfinder занимается ЕКА. В этом процессе участвуют также европейские космические компании и исследовательские институты из Франции, Германии, Италии, Нидерландов, Испании, Швейцарии, Великобритании, а также американское космическое агентство NASA[5].
LISA Pathfinder — это миссия для доказательства самой концепции, технологическая демонстрация, которая должна доказать, что две массы могут двигаться в пространстве, незакрепленные, однако защищенные космическим аппаратом, и при этом сохранять свои относительные позиции с такой точностью, которая необходима для дальнейшей реализации полноценной обсерватории для наблюдения гравитационных волн. Первоочередной целью этого аппарата является измерение отклонений движения от геодезических линий. Значительное количество экспериментов с гравитационной физикой требует измерения относительного ускорения между пробными телами в свободном падении[6].
Очень точное отслеживание двух пробных тел с помощью оптической интерферометрии позволит ученым определить относительное ускорение двух пробных тел, расположенных на расстоянии 38 см друг от друга внутри одного космического аппарата. Концепция LISA Pathfinder заключается в создании экспериментально обоснованной физической модели всех возмущающих эффектов, таких как случайные силы и влияние оптических измерений, которые ограничивают возможности изучения пробных тел в условиях идеального свободного падения. Измерения взаимного расположения таких тел должно быть усовершенствовано для следующей миссии eLISA[7].
В частности, этот космический аппарат проверит:
Для следующей миссии eLISA[8] пробные тела будут иметь форму кубов весом 2 кг каждый, и будут содержаться в двух отдельных космических аппаратах, расположенных на расстоянии одного миллиона километров друг от друга.
По условиям контракта, подписанного с Европейским космическим агентством, конструированием космического аппарата LISA Pathfinder занимается компания Airbus Defence and Space со Стивенеджа (Великобритания). Зонд будет нести европейский «технологический пакет LISA», в который входят инерционные датчики, интерферометр и связанная с ними аппаратура, а также две бесконтактные системы управления: европейская использует микродвигатели на холодном газе (подобные тем, что были применены в космическом аппарате Gaia), а американская «система редукции пертурбаций» использует несколько отличные сенсоры и систему электрической движущей силы на основе ионизированных капель коллоида, ускоренных в электрическом поле.[9] Коллоидный двигатель был сконструирован компанией Busek и доставлен в Лаборатории реактивного движения (JPL) для интеграции с космическим аппаратом[10].
Технологический пакет LISA (LISA Technology Package) собирают в немецком филиале компании Airbus Defence and Space, но сами инструменты и компоненты предоставляются различными учреждениями со всей Европы. Технические требования к подавлению шумов для интерферометра очень жесткие, а это значит, что надо минимизировать физическую реакцию интерферометра на изменение условий среды, таких как температура.
В следующей миссии, eLISA, факторы окружающей среды будут влиять на измерения, выполняемые интерферометром. К таким факторам среды относятся случайные электромагнитные поля и температурные градиенты, которые могут быть вызваны неравномерным нагревом космического аппарата под влиянием Солнца или даже нагретых приборов внутри самого космического аппарата. Именно поэтому LISA Pathfinder разработан таким образом, чтобы выявить, насколько окружающие факторы изменяют поведение внутренних сенсоров и других инструментов. LISA Pathfinder будет запущен с обширным пакетом инструментов, способных измерять температуру и магнитные поля как тестовых масс, так и оптического инструментария. Космический аппарат оборудован даже аппаратурой для искусственной стимуляции системы: она содержит нагревательные элементы, которые могут неравномерно распространять тепло внутри зонда, тем самым вызывая искривление данных оптической аппаратуры и давая ученым возможность увидеть, как меняются результаты измерений при вариации температур[11].
Космический аппарат сначала был запущен на низкую околоземную орбиту. Оттуда он будет выполнять кратковременные ускорения с помощью своих двигателей при каждом прохождении перигея, медленно поднимая апогей пока в январе 2016 года не выйдет в точку Лагранжа L1 между Землёй и Солнцем[12][13]. Результаты и технологии миссии LISA Pathfinder обеспечат базис для космической гравитационно-волновой обсерватории, которая будет запущена в 2034 году в качестве третьей миссия ЕКА L-класса в её программе «Cosmic Vision», направленная на исследование научной темы «гравитационная Вселенная»[14].
Управление миссией LISA Pathfinder будет происходить из Европейского центра космических операций (ESOC) в Дармштадте, Германия, тогда как контроль над научными и технологическими операциями будет осуществляться из Европейского центра космических и астрономических исследований (ESAC), что в Мадриде, Испания[15].
Вероятное продолжение миссии создаст возможность выполнения некоторых измерений с целью подтверждения общей теории относительности. Пролетая через «седловую точку», где силы притяжения Земли и Солнца уравновешиваются, космический аппарат может помочь учёным убедиться, продолжает ли действовать теория Эйнштейна при малых гравитационных ускорениях. Если она действует, это станет испытанием для теоретических альтернатив общей теории относительности, как модифицированная ньютоновская динамика и тензорно-векторно-скалярная гравитация[16].
LISA Pathfinder.
.jpg){kind=link}