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Denken Sie an LISA


Jetzt, da die ganze Welt über die Detektion von Gravitationswellen spricht, möchte ich über nichts anderes als Astronomie schreiben. Darüber hinaus befindet sich das Projekt des Weltraumlabors zur Beobachtung von Gravitationswellen seit vielen Jahren in der Entwicklung, und der Satellit - ein technologischer Demonstrator - befindet sich bereits im Weltraum und wird bald mit den Beobachtungen beginnen. Der Start verlief ohne große Aufregung, aber jetzt, so scheint es mir, ist es Zeit, über die LISA Pathfinder-Sonde nachzudenken.

Start, Flug und aktuelle Nachrichten


Ab dem 12. November wurde die Sonde im Montage- und Testkomplex des Kourou-Kosmodroms in Französisch-Guayana montiert und am 3. Dezember gestartet:



Auf der Sonde befinden sich keine optischen Teleskope. Dies ist ein reines Servicebild eines Sternsensors , der im Rahmen einer Systemprüfung erhalten wurde.

Nachdem die Stützbahn in die Referenzbahn gebracht wurde, hob sie zwei Wochen lang die Spitze der Sonde an und nach dem sechsten Impuls unternahm LISA eine sechswöchige Reise zum Lagrange-Punkt L 1 Sonne-Erde-Systeme:


Unterwegs wurde der Beschleunigungsblock fallen gelassen und die Sonde korrigierte die Umlaufbahn, um in die Flugbahn um Punkt L 1 einzutreten :


LISA Pathfinder trat am 22. Januar in die Zielumlaufbahn ein. Die neueste Nachricht ist, dass am 3. Februar die ersten Klammern entfernt wurden, die zwei Würfel aus einer Legierung aus Gold und Platin enthielten, deren Bewegung die Wirkung der Schwerkraft bestimmen wird. Mitte Februar werden die zweiten Klemmen entfernt und die Sonde wird erwartungsgemäß am 23. Februar mit den Beobachtungen beginnen. Um zu verstehen, wie diese Würfel die Schwerkraft messen, werden wir Ihnen mehr über das Design des Geräts erzählen.

Bau


Strukturell ist die LISA Pathfinder-Sonde (Laser Interferometer Space Antenna) ein Sechseck aus Verbundplatten mit einer Gesamtmasse von 1900 kg:


Von oben nach unten: Sonnenkollektoren, das zentrale Element des LTP-Instruments in zerlegter Form, das Gehäuse, die obere Stufe

Das wichtigste wissenschaftliche Werkzeug ist die Installation genannt Lisa Test Package Core Assembly:


An den Seiten befinden sich zwei 46 mm Gold- und Platinlegierungswürfel in einzelnen Vakuumbehältern. Die Würfel sind poliert und dienen als Spiegel zur Messung des Abstandes zwischen ihnen.


Einer der Würfel. Halbkreisförmige Aussparungen sind die Befestigungsstellen des ersten Befestigungssystems (am 3. Februar entfernt), die pyramidenförmige Aussparung in der Mitte ist die Befestigungsstelle des zweiten Befestigungssystems und gleichzeitig ein Punkt zur Entfernungsmessung.

In der Mitte befindet sich ein Laserinterferometer mit 22 Spiegeln und Strahlteilern, mit denen die Bewegung von Würfeln gemessen werden kann 0,01 Nanometer.


Das Gesamtgewicht der LTP-Kernbaugruppe beträgt ca. 120 kg.

Ein separates komplexes technisches Problem, das die Entwickler lösen mussten, war die Schaffung eines Systems, das Erschütterungen und Vibrationen standhält, wenn es in die Umlaufbahn gebracht wird, ohne die Genauigkeit der Messungen zu verlieren. Daher erfolgt der Prozess der Freisetzung von Würfeln in drei Stufen. Zunächst werden die Verriegelungen der ersten Stufe entfernt (Caging-Mechanismus). Dann werden viel genauere Verriegelungen der zweiten Stufe (GPRM) mit einer Genauigkeit von 200 Mikrometern entlang aller Achsen entfernt, was den Würfeln eine Geschwindigkeit von nicht mehr als 5 Mikrometern pro Sekunde mitteilt. Bei dieser Geschwindigkeit können sich die Würfel in weniger als einer halben Stunde den Wänden nähern. Bei Bedarf können die GPRM-Sperren die Cubes wieder sperren. Gleichzeitig mit dem Lösen der Klemmen der zweiten Stufe wird ein elektrostatisches Feld eingeschaltet, das die Würfel aufhängt und verhindert, dass sie die Wände berühren. Und schließlich wird das elektrostatische Feld allmählich entfernt,damit die Würfel im idealsten freien Fall hängen.

Das Aufhängen von Würfeln ist jedoch nur die halbe Aufgabe. Tatsache ist, dass zufällige Kräfte den Satelliten beeinflussen. Und selbst ein Anstieg des Sonnenwinds durch einen Blitz auf der Sonne reicht aus, damit sich die Sonde relativ zu den Würfeln bewegt. Zum einen muss diese Verschiebung behoben und zum anderen mit Strahlmikromotoren ausgeglichen werden. Dafür verfügt Lisa Pathfinder über bis zu zwei Systeme: LTP FEEP und DRS.

FEEP (Field Effect Electric Propulsion) ist ein elektrisches Bewegungssystem mit Feldeffekt. Da das System experimentell ist, werden zwei Motortypen getestet - Schlitz und Nadel:


Nadelmotoren links, Schlitzmotoren rechts

Der Spaltmotor nutzt die Feldemission von Cäsium, das auf den Schmelzpunkt (≈ 29 ° C) erhitzt wurde. Nadelmotoren verwenden geschmolzenes Indium (≈ 156ºC). Beide Motoren bieten eine Traktion, gemessen in Mikrogramm, und ihre Gesamttraktion ist vergleichbar mit dem Gewicht einer Mücke.

DRS (Disturbance Reduction System) - Dieses System wurde von der NASA an die Sonde gesendet. Aufgrund der Budgetbeschränkungen der NASA verfügt sie nicht über hochpräzise Beschleunigungsmesser und verwendet LTP-Daten. Motoren sind in der Traktion mit FEEP vergleichbar, verwenden jedoch ionische Flüssigkeit als Arbeitsflüssigkeit.


DRS-Motoren

Gemäß dem Flugplan sollte der Satellit 180 Tage arbeiten - 90 Tage auf dem LTP FEEP, 60 Tage auf dem DRS (auf seinen weniger genauen Sensoren) und 30 Tage der Zusammenarbeit, wenn das LTP die DRS-Triebwerke steuert. Die Reserven des Arbeitsmediums der Motoren müssen jedoch die aktive Lebensdauer verlängern.

All diese komplexe und genaueste Technik ist erforderlich, um die Bewegung von Würfeln in Nanometern aufzuzeichnen und sie so weit wie möglich von allen möglichen Interferenzen zu isolieren. Wie Sie wahrscheinlich gehört haben, werden Gravitationswellen genau durch eine so kleine Verschiebung der Massen aufgezeichnet.

eLISA


LISA Pathfinder ist ein Technologie-Demonstrator. Ein vollwertiger Detektor namens Evolved LISA (eLISA) muss aus drei Satelliten bestehen und neben der ultrapräzisen Messung der Testmassenverschiebung auch den Abstand zwischen Satelliten mit sehr hoher Genauigkeit messen:


Im Weltraum wird es jedoch kein Problem geben, einen großen Abstand zwischen einzelnen Satelliten sicherzustellen. Für dieses Projekt werden 1 bis 5 Millionen Kilometer veranschlagt, was auf der Erde offensichtlich nicht möglich ist. Wenn sich das Sondendreieck in der Umlaufbahn bewegt, ändert es seine Ebene und kann Gravitationswellen aus verschiedenen Richtungen fixieren:



Ein solcher Detektor kann die Rotation kompakter Doppelsterne, den Fall von Sternen in Schwarze Löcher, die Rotation doppelter Schwarzer Löcher benachbarter Galaxien erfassen und möglicherweise den Blick in das junge Universum ermöglichen, wenn Materie noch kein Licht passiert hat (nach modernen Konzepten ist das Universum für Photonen 380 transparent geworden tausend Jahre nach dem Urknall). Es gibt sogar Spekulationen, dass er die Stringtheorie bestätigen kann.

Ein separater Vorteil des eLISA-Detektors besteht darin, dass er mit einer anderen Frequenz arbeitet als der bodengestützte LIGO-Detektor, was seine Beobachtungen ergänzt.



Ein Problem - nach aktuellen Plänen ist der Einsatz der Sternbild-eLISA-Satelliten für 2034 geplant. Man kann nur hoffen, dass der jüngste Erfolg bei der Erkennung von Gravitationswellen die Finanzierung erhöht und den Detektor früher startet.

PS Eine kleine Ankündigung für Ufa-Bewohner - mein nächster Vortrag wird am 26. Februar im Ufa-Planetarium sein. Das Thema ist das äußere Sonnensystem, vom Asteroidengürtel bis zum mysteriösen neunten Planeten.

Source: https://habr.com/ru/post/de390561/

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