LISA Pathfinder, возглавляемый Европейским космическим агентством (ESA), предназначен для тестирования технологий, которые однажды смогут обнаруживать гравитационные волны. Гравитационные волны, предсказанные общей теорией относительности Эйнштейна, представляют собой рябь в пространстве-времени, создаваемую любым ускоряющимся телом. Но волны настолько слабые, что земные или космические обсерватории, вероятно, смогут напрямую обнаруживать такие сигналы, исходящие от массивных астрономических систем, таких как двойные черные дыры или взрывающиеся звезды.
Обнаружение гравитационных волн было бы важной частью головоломки о том, как возникла наша Вселенная.
Невероятная слабость гравитационных волн делает критически важным сохранение устойчивости космического корабля для их обнаружения. Но есть препятствия к тому, чтобы оставаться полностью неподвижным даже в кажущемся пустом пространстве.
В частности, давление солнечного излучения — сила, оказываемая солнечным светом — очень деликатно воздействует на космический корабль. Фактически, сила давления солнечного излучения на LISA Pathfinder аналогична весу песчинки на земле.
Система уменьшения помех использует коллоидные микроньютонные двигатели, первые в своем роде, чтобы поддерживать космический корабль как можно более неподвижно и компенсировать солнечное давление.
Эти двигатели электрически заряжают маленькие капли жидкости и ускоряют их с помощью электрического поля, чтобы создать тягу. Разработано Busek Co., Натик, Массачусетс, при технической поддержке JPL, двигатели будут обеспечивать тягу от 5 до 30 микроньютон (примерно вес комара) непрерывно с исключительной точностью, чтобы противодействовать силе солнечного света.
Микродвигатели DRS предназначены для управления положением космического корабля с точностью до одной миллионной миллиметра с использованием программного обеспечения, предоставленного Центром космических полетов имени Годдарда НАСА, Гринбелт, штат Мэриленд.
«DRS — одна из самых точных систем двигателя для космических кораблей, когда-либо пригодных для использования в космосе», — сказал Фил Барела, менеджер проекта DRS в JPL.
Чтобы проверить концепцию технологии обнаружения гравитационных волн, LISA Pathfinder использует две тестовые гири в форме куба. Эти массы представляют собой объекты, созданные так, чтобы в максимально возможной степени реагировать только на гравитацию. Они сделаны из смеси золота и платины, что означает, что они очень плотные и немагнитные.
Каждый весит около 4 фунтов (2 килограмма) и имеет размер 1.8 дюймов (4.6 см) сбоку. Массы будут плавать в отдельных вакуумных камерах на расстоянии 15 дюймов (38 сантиметров) друг от друга.
Положение космического корабля будет постоянно корректироваться с помощью его сверхточных двигателей, чтобы оставаться в центре этих испытательных масс.
С помощью лазеров положение свободно плавающих тестовых масс будет измеряться интерферометрическим прибором, предоставленным ЕКА, с точностью до 100 000-й ширины человеческого волоса.
LISA Pathfinder не будет напрямую обнаруживать гравитационные волны, но продемонстрирует технологии, необходимые для наблюдения за этими загадочными явлениями. Полномасштабная обсерватория может использовать датчики того же типа, но они будут размещены в трех отдельных космических кораблях, разделенных расстоянием примерно в 600 000 миль (1 миллион километров).
Затем ученые могли бы измерить, как гравитационные волны изменяют расстояние между тестовыми массами, что будет разницей в шкале пикометров (один пикометр равен одной триллионной части метра).
«Система, похожая на DRS, может быть использована в будущих гравитационно-волновых миссиях для обеспечения стабильности», — сказал Чарльз Данн, технолог проекта DRS в JPL.
DRS может также проложить путь для подобных передовых систем подруливающих устройств, которые будут использоваться другими космическими кораблями.
Например, система, подобная DRS, может быть использована для стабилизации космического корабля будущего, который должен быть очень неподвижен, чтобы обнаруживать экзопланеты.
DRS также может использоваться для группового полета. Например, группа небольших спутников может включать двигатели для обеспечения полной синхронизации при совместном полете. Даже один спутник на околоземной орбите может выиграть от DRS, поскольку система позволит точно контролировать его траекторию.
LISA Pathfinder запущен на ракете Vega, и на выход на рабочую орбиту потребуется около семи недель. Космический корабль будет двигаться по орбите так называемой точки Лагранжа L1 на расстоянии около 930 000 миль (1.5 миллионов километров) от Земли в направлении Солнца.
Затем космический корабль начнет шестинедельный период ввода в эксплуатацию, за которым последуют восемь месяцев демонстрации технологий. Технологический пакет LISA от ESA с другим набором подруливающих устройств на холодном газе и отдельным программным обеспечением, которое их контролирует, будет продемонстрирован в течение первых четырех месяцев.
После этого DRS будет тестироваться в течение примерно четырех месяцев.
LISA Pathfinder управляется ЕКА. Космический корабль построен компанией Airbus Defense and Space, Ltd. (СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО). Airbus Defense and Space, GmbH (Германия), является архитектором полезной нагрузки для технологического пакета LISA.
DRS управляется JPL. Калифорнийский технологический институт управляет Лабораторией реактивного движения для НАСА.