LISA Pathfinder , ранее Small Missions for Advanced Research in Technology-2 ( SMART-2 ), был космическим аппаратом ЕКА , запущенным 3 декабря 2015 года на борту Vega полета VV06. [3] [4] [5] В ходе миссии были испытаны технологии, необходимые для лазерной интерферометрической космической антенны (LISA), гравитационно-волновой обсерватории ЕКА, запуск которой запланирован на 2035 год. Научная фаза началась 8 марта 2016 года и длилась почти шестнадцать месяцев. [6] В апреле 2016 года ЕКА объявило, что LISA Pathfinder продемонстрировал, что миссия LISA осуществима.
Предполагаемая стоимость миссии составила 400 миллионов евро. [7]
LISA Pathfinder поместил две тестовые массы в почти идеальное гравитационное свободное падение и контролировал и измерял их относительное движение с беспрецедентной точностью. Лазерный интерферометр измерил относительное положение и ориентацию масс с точностью менее 0,01 нанометра, [8] технология, которая, по оценкам, достаточно чувствительна для обнаружения гравитационных волн последующей миссией, Laser Interferometer Space Antenna (LISA).
Интерферометр был моделью одного плеча окончательного интерферометра LISA, но уменьшенного с миллионов километров до 40 см. Уменьшение не изменило точность измерения относительного положения, а также не повлияло на различные технические помехи, создаваемые космическим аппаратом, окружающим эксперимент, измерение которого было главной целью LISA Pathfinder. Однако чувствительность к гравитационным волнам пропорциональна длине плеча, и она уменьшена в несколько миллиардов раз по сравнению с запланированным экспериментом LISA.
LISA Pathfinder была миссией под руководством ESA. В ней участвовали европейские космические компании и исследовательские институты из Франции, Германии, Италии, Нидерландов, Испании, Швейцарии, Великобритании и американского космического агентства NASA. [9]
LISA Pathfinder была концептуальной миссией, призванной доказать, что две массы могут летать в космосе, нетронутые, но экранированные космическим аппаратом, и сохранять свои относительные положения с точностью, необходимой для реализации полноценной гравитационно-волновой обсерватории, запуск которой запланирован на 2035 год. Основной целью было измерение отклонений от геодезического движения . Большая часть экспериментов в области гравитационной физики требует измерения относительного ускорения между свободно падающими геодезическими контрольными тестовыми частицами. [10]
В LISA Pathfinder точное отслеживание межтестовых масс с помощью оптической интерферометрии позволило ученым оценить относительное ускорение двух тестовых масс, расположенных на расстоянии около 38 см друг от друга в одном космическом аппарате. Наука LISA Pathfinder состояла из измерения и создания экспериментально закрепленной физической модели для всех ложных эффектов, включая блуждающие силы и пределы оптических измерений, которые ограничивают возможность создания и измерения идеального созвездия свободно падающих тестовых частиц, которое было бы идеальным для последующей миссии LISA . [11]
В частности, было проверено:
Для последующей миссии LISA [ 12 ] испытательными массами будут пары 2-килограммовых золотых/платиновых кубов, размещенных в каждом из трех отдельных космических аппаратов на расстоянии 2,5 миллионов километров друг от друга. [13]
LISA Pathfinder был собран компанией Airbus Defence and Space в Стивенедже (Великобритания) по контракту с Европейским космическим агентством. Он нёс европейский «Пакет технологий LISA», включающий инерциальные датчики, интерферометр и сопутствующие приборы, а также две системы управления без сопротивления: европейскую, использующую микродвигатели на холодном газе (аналогичную тем, что использовались на Gaia ), и американскую «Систему снижения возмущений», использующую европейские датчики и электрическую двигательную систему, которая использует ионизированные капли коллоида, ускоренные в электрическом поле . [14] Система коллоидного двигателя (или « электроспрейного двигателя») была построена компанией Busek и доставлена в JPL для интеграции с космическим кораблём. [15]
Пакет технологий LISA (LTP) был интегрирован Airbus Defence and Space Germany, но приборы и компоненты были поставлены участвующими учреждениями по всей Европе. Технические требования к подавлению шума на интерферометре были очень строгими, что означает, что физическая реакция интерферометра на изменяющиеся условия окружающей среды, такие как температура, должна быть сведена к минимуму.
В последующей миссии eLISA факторы окружающей среды будут влиять на измерения, проводимые интерферометром. Эти факторы окружающей среды включают в себя рассеянные электромагнитные поля и температурные градиенты, которые могут быть вызваны неравномерным нагревом космического корабля Солнцем или даже теплыми приборами внутри самого космического корабля. Поэтому LISA Pathfinder был разработан, чтобы выяснить, как такие факторы окружающей среды изменяют поведение инерциальных датчиков и других инструментов. LISA Pathfinder летал с обширным набором приборов, которые могут измерять температуру и магнитные поля на тестовых массах и на оптической скамье. Космический корабль был даже оборудован для искусственной стимуляции системы: он нес нагревательные элементы, которые могут неравномерно нагревать структуру космического корабля, вызывая искажение оптической скамьи и позволяя ученым увидеть, как изменяются измерения при изменении температуры. [16]
Управление полетом LISA Pathfinder осуществлялось из ESOC в Дармштадте, Германия, а научно-технические операции контролировались из ESAC в Мадриде, Испания . [17]
Космический аппарат был впервые запущен полетом Vega VV06 на эллиптическую парковочную орбиту LEO . Оттуда он выполнял короткое включение каждый раз при прохождении перигея , медленно поднимая апогей ближе к предполагаемой гало-орбите вокруг точки L 1 Земля-Солнце . [1] [18] [19]
Космический аппарат достиг своего рабочего положения на орбите вокруг точки Лагранжа L1 22 января 2016 года, где он прошел ввод в эксплуатацию полезной нагрузки. [20] Испытания начались 1 марта 2016 года. [21] В апреле 2016 года ЕКА объявило, что LISA Pathfinder продемонстрировал, что миссия LISA осуществима. [22]
7 июня 2016 года ЕКА представило первые результаты двухмесячной научной работы, показывающие, что технология, разработанная для космической гравитационно-волновой обсерватории, превосходит ожидания. Два куба в центре космического корабля свободно падают в космосе под действием только гравитации, не возмущенные другими внешними силами, что в 5 раз лучше, чем требования для LISA Pathfinder. [23] [24] [25] В феврале 2017 года BBC News сообщило, что гравитационный зонд превзошел свои целевые показатели. [26]
LISA Pathfinder был деактивирован 30 июня 2017 года. [27]
5 февраля 2018 года ESA опубликовало окончательные результаты. Точность измерений может быть улучшена и дальше, за пределами текущих целей будущей миссии LISA, благодаря удалению остаточных молекул воздуха и лучшему пониманию возмущений. [28]
