LISA pathfinder как часть проекта космической лаборатории для наблюдения гравитационных волн

Автор:
kaa
Печать
дата:
16 февраля 2016 01:18
Просмотров:
1060
Комментариев:
6
LISA pathfinder как часть проекта космической лаборатории для наблюдения гравитационных волн


Зонд LISA pathfinder - технологический демонстратор, который уже находится в космосе и скоро приступит к наблюдениям. Его запуск прошел без особой помпы, но сейчас, в связи с последними событиями в области физики и астрофизики, самое время вспомнить о нем.

Запуск, полет и последние новости

Начиная с 12 ноября зонд проходил сборку в монтажно-испытательном комплексе на космодроме Куру во Французской Гвиане и был запущен 3 декабря:



LISA pathfinder как часть проекта космической лаборатории для наблюдения гравитационных волн

На зонде нет оптических телескопов, это - сугубо служебное изображение со звездного датчика, полученное в рамках проверки систем


После выведения на опорную орбиту разгонный блок в течение двух недель поднимал апогей зонда и, после шестого импульса, LISA отправилась в шестинедельное путешествие к точке Лагранжа L1 системы Солнце - Земля:



По дороге разгонный блок был сброшен, и зонд скорректировал орбиту для того, чтобы выйти на траекторию вокруг точки L1:

LISA pathfinder как часть проекта космической лаборатории для наблюдения гравитационных волн


LISA Pathfinder вышел на целевую орбиту 22 января. Последняя новость - 3 февраля сняты первые фиксаторы, удерживающие два кубика из сплава золота и платины, по движению которых будут определять воздействие гравитации. В середине февраля будут сняты вторые фиксаторы и, как ожидается, зонд приступит к наблюдениям 23 февраля. Ну а чтобы понять, как эти кубики будут измерять гравитацию, расскажем подробнее про конструкцию аппарата.

Конструкция

Конструктивно, зонд LISA Pathfinder (Laser Interferometer Space Antenna - Космическая антенна лазерной интерферометрии) представляет собой шестиугольник из композитных панелей полной массой 1900 кг:

LISA pathfinder как часть проекта космической лаборатории для наблюдения гравитационных волн

Сверху вниз: солнечные панели, центральный элемент инструмента LTP в разобранном виде, корпус, разгонный блок


Главным научным инструментом является установка под названием Lisa Test Package Core Assembly:

LISA pathfinder как часть проекта космической лаборатории для наблюдения гравитационных волн


По сторонам расположены два 46-мм кубика из сплава золота и платины в индивидуальных вакуумных контейнерах. Кубики отшлифованы и служат зеркалами для измерения расстояния между ними.

LISA pathfinder как часть проекта космической лаборатории для наблюдения гравитационных волн

Один из кубиков. Полукруглые углубления - места крепления первой системы фиксации (снята 3 февраля), пирамидальное углубление по центру - место крепления второй системы фиксации и, одновременно, точка для измерения расстояния


По центру находится лазерный интерферометр с 22 зеркалами и делителями луча, который способен измерить перемещение кубиков на 0,01 нанометра.

LISA pathfinder как часть проекта космической лаборатории для наблюдения гравитационных волн


Полная масса LTP Core Assembly составляет примерно 120 кг.

Отдельная сложная техническая задача, которую пришлось решать разработчикам, - создание системы, которая сможет выдержать тряску и вибрацию при выведении на орбиту, не потеряв точности измерений. Поэтому процесс освобождения кубиков проходит в три этапа. Сначала снимаются фиксаторы первой очереди (Caging Mechanism). Затем гораздо более точные фиксаторы второй очереди (GPRM) снимутся с точностью 200 микрометров по всем осям, сообщив кубикам скорость не больше 5 микрометров в секунду. С такой скоростью кубики смогут приблизиться к стенкам не менее чем через полчаса. При необходимости фиксаторы GPRM смогут снова зафиксировать кубики. Одновременно с высвобождением фиксаторов второй очереди включится электростатическое поле, которое подвесит кубики, не дав им коснуться стенок. Ну и, наконец, электростатическое поле будет постепенно снято, чтобы кубики повисли в максимально идеальном свободном падении.

Однако, подвесить кубики - это только половина задачи. Дело в том, что на спутник будут воздействовать случайные силы. И даже всплеска солнечного ветра от вспышки на Солнце хватит, чтобы зонд начал двигаться относительно кубиков. Необходимо, во-первых, зафиксировать это смещение, а во-вторых скомпенсировать его реактивными микродвигателями. Для этого на Lisa Pathfinder стоят целых две системы: LTP FEEP и DRS.

FEEP (Field Effect Electric Propulsion) - электрическая система движения с использованием полевого эффекта. Поскольку система экспериментальная, она тестирует два типа двигателей - щелевые и игольчатые:

LISA pathfinder как часть проекта космической лаборатории для наблюдения гравитационных волн

Игольчатые двигатели слева, щелевые - справа


В щелевом двигателе используется полевая эмиссия разогретого до точки плавления цезия (~ 29 град.Цельсия). В игольчатых двигателях используется расплавленный иридий (~ 156 град.Цельсия). Оба двигателя дают тягу, измеряемую в микрограммах, и их общая тяга сравнима с весом комара.

DRS (Disturbance Reduction System) - эта система досталась зонду от NASA. Из-за бюджетных ограничений NASA, она не имеет своих сверхточных акселерометров и будет использовать данные LTP. Двигатели сравнимы по тяге с FEEP, но используют в качестве рабочего тела ионную жидкость.

LISA pathfinder как часть проекта космической лаборатории для наблюдения гравитационных волн

Двигатели DRS


По плану полета спутник должен проработать 180 дней - 90 дней на LTP FEEP, 60 дней на DRS (на своих менее точных датчиках) и 30 дней совместной работы, когда LTP будет управлять двигателями DRS. Впрочем, запасы рабочего тела двигателей должны будут позволить продлить срок активной жизни.

Вся эта сложнейшая и точнейшая техника нужная для того, чтобы фиксировать перемещения кубиков на нанометры, при этом максимально изолируя их от всех возможных помех. Как вы уже, наверное, слышали, гравитационные волны фиксируют именно по такому небольшому смещению масс.

eLISA

LISA Pathfinder - это технологический демонстратор. Полноценный детектор, который назвали Evolved LISA (eLISA) должен будет состоять из трех спутников и, кроме сверхточного измерения смещения тестовых масс, должен будет еще измерять с очень высокой точностью расстояние между спутниками:

LISA pathfinder как часть проекта космической лаборатории для наблюдения гравитационных волн


Зато в космосе не будет проблемы обеспечить большое расстояние между отдельными спутниками. Для этого проекта оно оценивается от 1 до 5 миллионов километров, чего, очевидно, нельзя достичь на Земле. Двигаясь по орбите, треугольник из зондов будет менять свою плоскость и сможет фиксировать гравитационные волны с разных направлений:

LISA pathfinder как часть проекта космической лаборатории для наблюдения гравитационных волн


Подобный детектор сможет зафиксировать вращение компактных двойных звезд, падение звезд в черные дыры, вращение двойных черных дыр из соседних галактик, а также, возможно, позволит заглянуть в молодую Вселенную, когда материя еще не пропускала свет (согласно современным представлениям Вселенная стала прозрачной для фотонов 380 тысяч лет спустя после Большого взрыва). Есть даже спекуляции, что он сможет подтвердить теорию струн.

Отдельным плюсом детектора eLISA станет то, что он будет работать на другой частоте, нежели наземный детектор LIGO, что дополнит его наблюдения.

LISA pathfinder как часть проекта космической лаборатории для наблюдения гравитационных волн


Одна беда - по текущим планам развертывание созвездия спутников eLISA запланировано на 2034 год. Остается только надеяться, что недавний успех в обнаружении гравитационных волн позволит увеличить финансирование и запустить детектор раньше.

0 не понравился
8 понравился пост
 
Незарегистрированные посетители не могут оценивать посты
 
 
 
 

 
 
 
 

Комментарии

 
 

 
 
 
Sender
Дата:
(16 февраля 2016 09:30)
#1
Автор, дайте пояснения, какой длинны волны используется лазер, для фиксации сдвига в 0,01 нм? А заодно интересно узнать, каким образом была отполирована поверхность до шероховатости хотя бы в три раза меньшей этой величины.
 
Никогда не поздно встать на путь воина.
Новосибирск [ссылка]
0 / 0
 
 
 
 
 
 
Sender
Дата:
(16 февраля 2016 09:53)
#2
И добавлю, что характерным радиусом атома считается 1 нм, а 0,01 нм это уже субатомное расстояние, фотонным излучением его измерить НЕВОЗМОЖНО, до сей поры это делалось на лучших электронных микроскопах или методами нейтронной дифракции, но и то до расстояний в 1 А, т.е. 0,1 нм.
 
Никогда не поздно встать на путь воина.
Новосибирск [ссылка]
0 / 0
 
 
 
 
 
 
kaa
Дата:
(16 февраля 2016 12:16)
#3
Цитата: Sender
Автор, дайте пояснения, какой длинны волны используется лазер, для фиксации сдвига в 0,01 нм? А заодно интересно узнать, каким образом была отполирована поверхность до шероховатости хотя бы в три раза меньшей этой величины.

Здесь нет ошибки, указывается, что оптическое оборудование интерферометра LISA настолько чувствительно, что оно сможет улавливать вибрации, исходящие от гравитационных волн с точностью, соответствующей смещению на одну сотую размера одного атома. Ну а раз мы не можем увидеть что-то с длиной волны, меньшей, чем длина волны наших приборов, то логично, что длина волны нашего лазера должны быть не больше 0,01 нм. Видимо, мы еще пока не в курсе о реальном уровне технологий, разработанных учеными.
 
самый дешевый в мире товар - это ваше мнение обо мне
Вологодская область > Вологда [ссылка]
0 / 0
 
 
 
 
 
 
Sender
Дата:
(16 февраля 2016 13:26)
#4
Цитата: kaa8307
Цитата: Sender
Автор, дайте пояснения, какой длинны волны используется лазер, для фиксации сдвига в 0,01 нм? А заодно интересно узнать, каким образом была отполирована поверхность до шероховатости хотя бы в три раза меньшей этой величины.

Здесь нет ошибки, указывается, что оптическое оборудование интерферометра LISA настолько чувствительно, что оно сможет улавливать вибрации, исходящие от гравитационных волн с точностью, соответствующей смещению на одну сотую размера одного атома. Ну а раз мы не можем увидеть что-то с длиной волны, меньшей, чем длина волны наших приборов, то логично, что длина волны нашего лазера должны быть не больше 0,01 нм. Видимо, мы еще пока не в курсе о реальном уровне технологий, разработанных учеными.


Уважаемый, откройте любой учебник, длинна волны 0,01 нм соответствует диапазону ЖЁСТКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ещё меньшая длина волны - это уже пошло гамма-излучение радиоактивных ядер, внимание вопрос - при чём тут оптический лазер? Ссылки на "неизвестные достижения современной науки" оставьте для гуманитариев.
 
Никогда не поздно встать на путь воина.
Новосибирск [ссылка]
0 / 0
 
 
 
 
 
 
kaa
Дата:
(16 февраля 2016 13:43)
#5
Цитата: Sender
Цитата: kaa8307
Цитата: Sender
Автор, дайте пояснения, какой длинны волны используется лазер, для фиксации сдвига в 0,01 нм? А заодно интересно узнать, каким образом была отполирована поверхность до шероховатости хотя бы в три раза меньшей этой величины.

Здесь нет ошибки, указывается, что оптическое оборудование интерферометра LISA настолько чувствительно, что оно сможет улавливать вибрации, исходящие от гравитационных волн с точностью, соответствующей смещению на одну сотую размера одного атома. Ну а раз мы не можем увидеть что-то с длиной волны, меньшей, чем длина волны наших приборов, то логично, что длина волны нашего лазера должны быть не больше 0,01 нм. Видимо, мы еще пока не в курсе о реальном уровне технологий, разработанных учеными.


Уважаемый, откройте любой учебник, длинна волны 0,01 нм соответствует диапазону ЖЁСТКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ещё меньшая длина волны - это уже пошло гамма-излучение радиоактивных ядер, внимание вопрос - при чём тут оптический лазер? Ссылки на "неизвестные достижения современной науки" оставьте для гуманитариев.

да это все понятно, я уже давно в курсе диапазонов длин волн, соответствующих тому или иному характеру излучения, но мы же не знаем до мелочей как устроен интерферометр! И даже если Вы пойдете и спросите об этом у разработчиков LISA, они Вам этого не скажут! И даже какие-то моменты, официально предоставляемые широкой общественности по устройству и работе интерферометра, могут не соответствовать действительности. Вы это понимаете, и, уверен, прекрасно осведомлены были по LISA еще задолго до выхода этого поста, Вы знаете, что, исходя из официальной информации, здесь нет ошибок, и у Вас уже давно висит в голове этот вопрос по длине волны. Так зачем спрашивать об этом людей, у которых такие же мысли в голове?
 
самый дешевый в мире товар - это ваше мнение обо мне
Вологодская область > Вологда [ссылка]
0 / 0
 
 
 
 
 
 
Sender
Дата:
(16 февраля 2016 20:52)
#6
Я одного не пойму, для кого эта деза? Для выпускников торгового техникума? Если вы понимаете о чём речь, зачем ретранслируете эту нелепицу?
 
Никогда не поздно встать на путь воина.
Новосибирск [ссылка]
0 / 0
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

Информация

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Оставлять свои CRAZY комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
Пожалуйста пройдите простую процедуру регистрации или авторизируйтесь под своим логином. Также вы можете войти на сайт, используя существующий профиль в социальных сетях (Вконтакте, Одноклассники, Facebook, Twitter и другие)

 
 
 
 
 
Наверх