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Lembre-se da LISA


Agora que o mundo inteiro está falando sobre a detecção de ondas gravitacionais, não quero escrever sobre nada além de astronomia. Além disso, o projeto do laboratório espacial para observação de ondas gravitacionais está em desenvolvimento há muitos anos, e o satélite - um demonstrador tecnológico já está no espaço e em breve começará as observações. Seu lançamento ocorreu sem muita alarde, mas agora, parece-me, é hora de pensar na sonda LISA Pathfinder.

Lançamento, voo e últimas notícias


A partir de 12 de novembro, a sonda foi montada no complexo de montagem e teste do Cosmodrome de Kourou, na Guiana Francesa, e foi lançada em 3 de dezembro:



Não há telescópios ópticos na sonda, esta é uma imagem puramente de serviço de um sensor estelar obtido como parte de uma verificação do sistema.Depois de

colocar a órbita de suporte na órbita de referência, a unidade de aceleração levantou a ponta da sonda por duas semanas e, após o sexto pulso, o LISA fez uma jornada de seis semanas até o ponto Lagrange L 1 Sistemas Sol-Terra:


No caminho, o bloco de aceleração caiu e a sonda corrigiu a órbita para entrar na trajetória em torno do ponto L 1 : o


LISA Pathfinder entrou na órbita de destino em 22 de janeiro. As últimas notícias são que, em 3 de fevereiro, os primeiros grampos foram removidos, segurando dois cubos de uma liga de ouro e platina, cujo movimento determinará o efeito da gravidade. Em meados de fevereiro, os segundos grampos serão removidos e, como esperado, a sonda começará as observações em 23 de fevereiro. Bem, para entender como esses cubos medem a gravidade, falaremos mais sobre o design do dispositivo.

Construção civil


Estruturalmente, a sonda LISA Pathfinder (Laser Interferometer Space Antenna) é um hexágono feito de painéis compostos com uma massa total de 1900 kg:


De cima para baixo: painéis solares, o elemento central do instrumento LTP em forma desmontada, o alojamento, a unidade de aceleração

A principal ferramenta científica é a instalação chamado Conjunto de núcleo do pacote de teste Lisa:


Nas laterais, existem dois cubos de 46 mm de ouro e liga de platina em recipientes de vácuo individuais. Os cubos são polidos e servem como espelhos para medir a distância entre eles.


Um dos cubos. Os recessos semicirculares são os pontos de fixação do primeiro sistema de fixação (filmado em 3 de fevereiro), a depressão piramidal no centro é o ponto de fixação do segundo sistema de fixação e, ao mesmo tempo, é um ponto para medir a distância.

Um interferômetro a laser está localizado no centro com 22 espelhos e divisores de feixe, que pode medir o movimento de cubos por 0,01 nanômetros.


O peso total do conjunto do núcleo da LTP é de aproximadamente 120 kg.

Um problema técnico complexo e separado que os desenvolvedores tiveram que resolver foi a criação de um sistema capaz de suportar vibrações e vibrações quando colocado em órbita sem perder a precisão das medições. Portanto, o processo de liberação de cubos ocorre em três etapas. Primeiro, as travas do primeiro estágio são removidas (Mecanismo de Enjaulamento). Então, as travas do segundo estágio (GPRM) muito mais precisas serão removidas com uma precisão de 200 micrômetros em todos os eixos, indicando aos cubos uma velocidade de não mais que 5 micrômetros por segundo. A essa velocidade, os cubos poderão se aproximar das paredes em menos de meia hora. Se necessário, os bloqueios GPRM poderão bloquear os cubos novamente. Simultaneamente com a liberação dos retentores do segundo estágio, um campo eletrostático será ativado, o que suspenderá os cubos, impedindo-os de tocar nas paredes. E, finalmente, o campo eletrostático será removido gradualmente,para que os cubos fiquem na queda livre ideal.

No entanto, cubos pendurados é apenas metade da tarefa. O fato é que forças aleatórias atuarão no satélite. E mesmo uma onda de vento solar causada por um flash no Sol é suficiente para que a sonda comece a se mover em relação aos cubos. É necessário, em primeiro lugar, corrigir esse deslocamento e, em segundo lugar, compensá-lo com micromotores a jato. Para fazer isso, Lisa Pathfinder possui até dois sistemas: LTP FEEP e DRS.

O FEEP (Propulsão Elétrica por Efeito de Campo) é um sistema de movimento elétrico que utiliza um efeito de campo. Como o sistema é experimental, ele testa dois tipos de motores - slot e agulha:


motores de agulha à esquerda, motores de slot - à direita

O motor de fenda utiliza emissão de césio em campo aquecida até o ponto de fusão (± 29ºC). Os motores de agulha usam índio fundido ((156ºC). Ambos os motores produzem tração, medida em microgramas, e sua tração total é comparável ao peso de um mosquito.

DRS (Disturbance Reduction System) - esse sistema foi enviado para a sonda da NASA. Devido às restrições orçamentárias da NASA, ele não possui acelerômetros ultra-precisos e utilizará dados LTP. Os motores são comparáveis ​​em tração ao FEEP, mas usam fluido iônico como fluido de trabalho.


Motores DRS

De acordo com o plano de vôo, o satélite deve funcionar 180 dias - 90 dias no LTP FEEP, 60 dias no DRS (em seus sensores menos precisos) e 30 dias de colaboração quando o LTP controlará os motores DRS. No entanto, as reservas do fluido de trabalho dos motores terão que prolongar a vida ativa.

Toda essa técnica complexa e mais precisa é necessária para fixar o movimento dos cubos por nanômetros, enquanto os isola o máximo possível de todas as interferências possíveis. Como você provavelmente já ouviu falar, as ondas gravitacionais são registradas precisamente por um deslocamento tão pequeno das massas.

eLISA


O LISA Pathfinder é um demonstrador de tecnologia. Um detector de pleno direito, chamado Evolved LISA (eLISA), terá que consistir em três satélites e, além da medição ultra-precisa do deslocamento de massa de teste, também terá que medir a distância entre os satélites com uma precisão muito alta:


mas no espaço não haverá problemas para garantir uma grande distância entre os satélites individuais. Para este projeto, estima-se de 1 a 5 milhões de quilômetros, o que, obviamente, não pode ser alcançado na Terra. Movendo-se em órbita, o triângulo das sondas mudará de plano e poderá fixar ondas gravitacionais de diferentes direções:



Esse detector poderá detectar a rotação de estrelas binárias compactas, a queda de estrelas em buracos negros, a rotação de buracos negros duplos de galáxias vizinhas e também, possivelmente, olhará para o jovem Universo quando a matéria ainda não passou a luz (de acordo com conceitos modernos, o Universo se tornou transparente para fótons). mil anos após o Big Bang). Há até especulações de que ele será capaz de confirmar a teoria das cordas.

Uma vantagem separada do detector eLISA é que ele funcionará em uma frequência diferente do detector LIGO terrestre, o que complementará suas observações.



Um problema - de acordo com os planos atuais, a implantação dos satélites eLISA da constelação está planejada para 2034. Só podemos esperar que o recente sucesso na detecção de ondas gravitacionais aumente o financiamento e inicie o detector mais cedo.

PS Um pequeno anúncio para os residentes de Ufa - minha próxima palestra será no planetário de Ufa em 26 de fevereiro. O tema é o sistema solar externo, do cinturão de asteróides ao misterioso nono planeta.

Source: https://habr.com/ru/post/pt390561/

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