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N'oubliez pas LISA


Maintenant que le monde entier parle de la détection des ondes gravitationnelles, je ne veux rien écrire d'autre que l'astronomie. Par ailleurs, le projet du laboratoire spatial d'observation des ondes gravitationnelles est en cours de développement depuis de nombreuses années, et le satellite - un démonstrateur technologique est déjà dans l'espace et va bientôt commencer les observations. Son lancement s'est déroulé sans grande fanfare, mais maintenant, il me semble, il est temps de penser à la sonde LISA Pathfinder.

Lancement, vol et dernières nouvelles


À partir du 12 novembre, la sonde a été assemblée dans le complexe d'assemblage et d'essais du cosmodrome de Kourou en Guyane française et a été lancée le 3 décembre:



Il n'y a pas de télescopes optiques sur la sonde, il s'agit d'une image purement de service provenant d'un capteur stellaire obtenu dans le cadre d'une vérification du système.

Après un lancement sur une orbite de référence, l'étage supérieur pendant deux semaines a soulevé la pointe de la sonde et, après la sixième impulsion, LISA a effectué un voyage de six semaines au point de Lagrange L 1 Systèmes Soleil-Terre:


En cours de route, le bloc d'accélération a été lâché, et la sonde a corrigé l'orbite pour entrer dans la trajectoire autour du point L 1 :


LISA Pathfinder est entré dans l'orbite cible le 22 janvier. La dernière nouvelle est que le 3 février, les premières pinces ont été retirées, retenant deux cubes d'un alliage d'or et de platine, dont le mouvement déterminera l'effet de la gravité. À la mi-février, les deuxièmes pinces seront retirées et, comme prévu, la sonde commencera ses observations le 23 février. Eh bien, pour comprendre comment ces cubes mesureront la gravité, nous vous en dirons plus sur la conception de l'appareil.

La construction


Structurellement, la sonde LISA Pathfinder (Laser Interferometer Space Antenna) est un hexagone composé de panneaux composites d'une masse totale de 1900 kg:


De haut en bas: les panneaux solaires, l'élément central de l'instrument LTP sous forme démontée, le boîtier, l'unité d'accélération

Le principal outil scientifique est l'installation appelé Lisa Test Package Core Assembly:


sur les côtés se trouvent deux cubes en alliage d'or et de platine de 46 mm dans des récipients sous vide individuels. Les cubes sont polis et servent de miroirs pour mesurer la distance entre eux.


Un des cubes. Les cavités semi-circulaires sont les points de fixation du premier système de fixation (filmé le 3 février), la dépression pyramidale au centre est le point de fixation du deuxième système de fixation et, en même temps, est un point de mesure de la distance

Au centre se trouve un interféromètre laser avec 22 miroirs et diviseurs de faisceau, qui peut mesurer le mouvement des cubes par 0,01 nanomètres.


Le poids total de l'ensemble de base LTP est d'environ 120 kg.

Un problème technique complexe distinct que les développeurs ont dû résoudre était de créer un système capable de résister aux secousses et aux vibrations lorsqu'il est mis en orbite sans perdre la précision des mesures. Par conséquent, le processus de libération des cubes se déroule en trois étapes. Tout d'abord, les verrous du premier étage sont retirés (mécanisme de mise en cage). Ensuite, des verrous de deuxième étage beaucoup plus précis (GPRM) seront supprimés avec une précision de 200 micromètres sur tous les axes, indiquant aux cubes une vitesse ne dépassant pas 5 micromètres par seconde. À cette vitesse, les cubes pourront se rapprocher des murs en moins d'une demi-heure. Si nécessaire, les verrous GPRM pourront à nouveau verrouiller les cubes. Simultanément à la libération des pinces du deuxième étage, un champ électrostatique s'allumera, ce qui suspendra les cubes, les empêchant de toucher les murs. Et enfin, le champ électrostatique sera progressivement supprimé,afin que les cubes pendent dans la chute libre la plus idéale.

Cependant, suspendre des cubes n'est que la moitié de la tâche. Le fait est que des forces aléatoires affecteront le satellite. Et même une vague de vent solaire provenant d'un éclair sur le soleil suffit pour que la sonde commence à se déplacer par rapport aux cubes. Il faut, d'une part, fixer ce déplacement, et d'autre part, le compenser avec des micromoteurs à jet. Pour cela, Lisa Pathfinder possède jusqu'à deux systèmes: LTP FEEP et DRS.

FEEP (Field Effect Electric Propulsion) est un système de mouvement électrique utilisant un effet de champ. Le système étant expérimental, il teste deux types de moteurs - à fente et à aiguille:


moteurs à aiguille à gauche, moteurs à fente - à droite

Le moteur à fente utilise une émission de champ de césium chauffé au point de fusion (≈ 29ºC). Les moteurs à aiguille utilisent de l'indium fondu (≈ 156ºC). Les deux moteurs produisent une traction, mesurée en microgrammes, et leur traction totale est comparable au poids d'un moustique.

DRS (Disturbance Reduction System) - ce système est allé à la sonde de la NASA. En raison des contraintes budgétaires de la NASA, elle ne dispose pas de ses accéléromètres ultra-précis et utilisera des données LTP. Les moteurs sont comparables en traction au FEEP, mais utilisent du fluide ionique comme fluide de travail.


Moteurs DRS

Selon le plan de vol, le satellite devrait fonctionner de 180 jours à 90 jours sur le LTP FEEP, 60 jours sur le DRS (sur ses capteurs moins précis) et 30 jours de collaboration lorsque le LTP contrôlera les moteurs DRS. Cependant, les réserves de fluide de travail des moteurs devront prolonger la durée de vie active.

Toute cette technique complexe et la plus précise est nécessaire pour enregistrer le mouvement des cubes par nanomètres, tout en les isolant le plus possible de toutes les interférences possibles. Comme vous l'avez probablement entendu, les ondes gravitationnelles sont enregistrées précisément par un si petit déplacement des masses.

eLISA


LISA Pathfinder est un démonstrateur technologique. Un détecteur à part entière, appelé Evolved LISA (eLISA), devra être composé de trois satellites et, en plus de la mesure ultra-précise du déplacement de masse d'essai, il devra également mesurer la distance entre les satellites avec une très grande précision:


mais dans l'espace, il n'y aura pas de problème pour assurer une grande distance entre les satellites individuels. Pour ce projet, il est estimé de 1 à 5 millions de kilomètres, ce qui, évidemment, ne peut être réalisé sur Terre. Se déplaçant en orbite, le triangle de sondes changera son plan et pourra fixer les ondes gravitationnelles de différentes directions:



Un tel détecteur sera capable de détecter la rotation des étoiles binaires compactes, la chute des étoiles dans les trous noirs, la rotation des doubles trous noirs des galaxies voisines, et aussi, peut-être, se penchera sur le jeune univers lorsque la matière n'a pas encore passé la lumière (selon les concepts modernes, l'univers est devenu transparent pour les photons 380 mille ans après le Big Bang). Il y a même des spéculations qu'il pourra confirmer la théorie des cordes.

Un autre avantage du détecteur eLISA est qu'il fonctionnera à une fréquence différente de celle du détecteur LIGO au sol, ce qui complètera ses observations.



Un problème - selon les plans actuels, le déploiement des satellites eLISA de la constellation est prévu pour 2034. On ne peut qu'espérer que le récent succès dans la détection des ondes gravitationnelles augmentera le financement et démarrera le détecteur plus tôt.

PS Une petite annonce pour les résidents d'Ufa - ma prochaine conférence aura lieu au planétarium d'Ufa le 26 février. Le thème est le système solaire extérieur, de la ceinture d'astéroïdes à la mystérieuse neuvième planète.

Source: https://habr.com/ru/post/fr390561/

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