LISA Pathfinder , anteriormente Small Missions for Advanced Research in Technology-2 ( SMART-2 ), fue una nave espacial de la ESA que se lanzó el 3 de diciembre de 2015 a bordo del vuelo Vega VV06 . [3] [4] [5] La misión probó las tecnologías necesarias para la Antena Espacial de Interferómetro Láser (LISA), un observatorio de ondas gravitacionales de la ESA cuyo lanzamiento estaba previsto para 2034. La fase científica comenzó el 8 de marzo de 2016 y duró casi dieciséis meses. [6] En abril de 2016, la ESA anunció que LISA Pathfinder demostró que la misión LISA es factible.
Tipo de misión | Demostrador de tecnología |
---|---|
Operador | ESA [1] |
ID COSPAR | 2015-070A |
SATCAT no. | 41043 |
Duración de la misión | 576 días |
Propiedades de la nave espacial | |
Fabricante | Airbus Defence and Space |
Masa de lanzamiento | 1.910 kg (4.210 libras) [1] |
Masa BOL | 480 kg (1.060 libras) [2] |
Secado masivo | 810 kg (1790 libras) |
Masa de carga útil | 125 kg (276 libras) |
Dimensiones | 2,9 m × 2,1 m (9,5 pies × 6,9 pies) |
Inicio de la misión | |
Fecha de lanzamiento | 3 de diciembre de 2015, 04:04:00 UTC [3] [4] [5] |
Cohete | Vega ( VV06 ) |
Sitio de lanzamiento | Kourou ELV |
Contratista | Arianespace |
Fin de la misión | |
Disposición | Desmantelado |
Desactivado | 30 de junio de 2017 |
Parámetros orbitales | |
Sistema de referencia | Sol – Tierra L 1 |
Régimen | Órbita de Lissajous |
Altitud de periapsis | 500.000 km (310.000 millas) |
Altitud de apoapsis | 800.000 km (500.000 millas) |
Inclinación | 60 grados |
Época | Planificado |
Transpondedores | |
Banda | Banda X |
Banda ancha | 7 kbit / s |
Instrumentos | |
~ 36,7 cm Interferómetro láser | |
Insignia de astrofísica de la ESA para LISA Pathfinder |
El costo estimado de la misión fue de 400 millones de euros. [7]
Misión
LISA Pathfinder colocó dos masas de prueba en una caída libre gravitacional casi perfecta y controló y midió su movimiento relativo con una precisión sin precedentes. El interferómetro láser midió la posición relativa y la orientación de las masas con una precisión de menos de 0,01 nanómetros, [8] una tecnología que se estima que es lo suficientemente sensible como para detectar ondas gravitacionales mediante la misión de seguimiento, la Antena Espacial del Interferómetro Láser (LISA). .
El interferómetro era un modelo de un brazo del interferómetro LISA final, pero reducido de millones de kilómetros de largo a 40 cm. La reducción no cambió la precisión de la medición de la posición relativa, ni afectó las diversas perturbaciones técnicas producidas por la nave espacial que rodea el experimento, cuya medición fue el objetivo principal de LISA Pathfinder. La sensibilidad a las ondas gravitacionales, sin embargo, es proporcional a la longitud del brazo, y esto se reduce varios miles de millones de veces en comparación con el experimento LISA planeado.
LISA Pathfinder fue una misión dirigida por la ESA. En él participaron empresas espaciales europeas e institutos de investigación de Francia, Alemania, Italia, Países Bajos, España, Suiza, Reino Unido y la agencia espacial estadounidense NASA. [9]
Ciencia de LISA Pathfinder
LISA Pathfinder fue una misión de prueba de concepto para demostrar que las dos masas pueden volar por el espacio, sin ser tocadas pero protegidas por la nave espacial, y mantener sus posiciones relativas con la precisión necesaria para realizar un observatorio de ondas gravitacionales completo planeado para su lanzamiento en 2034. El objetivo principal era medir las desviaciones del movimiento geodésico . Gran parte de la experimentación en física gravitacional requiere medir la aceleración relativa entre partículas de prueba de referencia geodésicas en caída libre. [10]
En LISA Pathfinder, el seguimiento preciso de masas entre pruebas mediante interferometría óptica permitió a los científicos evaluar la aceleración relativa de las dos masas de prueba, situadas a unos 38 cm de distancia en una sola nave espacial. La ciencia de LISA Pathfinder consistió en medir y crear un modelo físico anclado experimentalmente para todos los efectos espurios, incluidas las fuerzas parásitas y los límites de medición óptica, que limitan la capacidad de crear y medir la constelación perfecta de partículas de prueba en caída libre que sería ideal para la misión de seguimiento de LISA . [11]
En particular, verificó:
- Control de actitud sin arrastre de una nave espacial con dos masas de prueba,
- La viabilidad de la interferometría láser en la banda de frecuencia deseada (que no es posible en la superficie de la Tierra), y
- La confiabilidad y longevidad de los diversos componentes: sensores capacitivos, microthrusters, láseres y ópticas.
Para la misión de seguimiento, LISA , [12] las masas de prueba serán pares de cubos de oro / platino de 2 kg alojados en cada una de las tres naves espaciales separadas a 2,5 millones de kilómetros de distancia. [13]
Diseño de naves espaciales
LISA Pathfinder fue ensamblado por Airbus Defence and Space en Stevenage (Reino Unido), bajo contrato con la Agencia Espacial Europea. Llevaba un "Paquete de tecnología LISA" europeo que incluía sensores inerciales, interferómetro e instrumentación asociada, así como dos sistemas de control sin arrastre: uno europeo que usaba micropropulsores de gas frío (similares a los usados en Gaia ) y uno construido en EE. UU. "Sistema de reducción de perturbaciones" que utiliza los sensores europeos y un sistema de propulsión eléctrica que utiliza gotas ionizadas de un coloide acelerado en un campo eléctrico . [14] El sistema de propulsor coloidal (o " propulsor de electropulverización ") fue construido por Busek y entregado al JPL para su integración con la nave espacial. [15]
Instrumentación
El paquete de tecnología LISA (LTP) fue integrado por Airbus Defence and Space Germany, pero los instrumentos y componentes fueron suministrados por instituciones colaboradoras en toda Europa. Los requisitos técnicos de rechazo de ruido en el interferómetro eran muy estrictos, lo que significa que la respuesta física del interferómetro a las condiciones ambientales cambiantes, como la temperatura, debe minimizarse.
Influencias medioambientales
En la misión de seguimiento, eLISA, los factores ambientales influirán en las mediciones que tome el interferómetro. Estas influencias ambientales incluyen campos electromagnéticos extraviados y gradientes de temperatura, que podrían ser causados por el sol que calienta la nave espacial de manera desigual, o incluso por instrumentación cálida dentro de la propia nave espacial. Por lo tanto, LISA Pathfinder fue diseñado para descubrir cómo tales influencias ambientales cambian el comportamiento de los sensores inerciales y otros instrumentos. LISA Pathfinder voló con un extenso paquete de instrumentos que puede medir la temperatura y los campos magnéticos en las masas de prueba y en el banco óptico. La nave espacial incluso estaba equipada para estimular el sistema artificialmente: llevaba elementos calefactores que pueden calentar la estructura de la nave espacial de manera desigual, lo que hace que el banco óptico se distorsione y permite a los científicos ver cómo cambian las mediciones con diferentes temperaturas. [dieciséis]
Órbita de Lissajous
La nave espacial fue lanzada por primera vez por el vuelo VV06 de Vega a una órbita de estacionamiento LEO elíptica . A partir de ahí, ejecutaba una quemadura corta cada vez que pasaba el perigeo , elevando lentamente el apogeo más cerca de la órbita del halo previsto alrededor del punto L 1 Tierra-Sol . [1] [17] [18]
Operaciones de naves espaciales
El control de la misión de LISA Pathfinder estaba en ESOC en Darmstadt, Alemania, con operaciones de ciencia y tecnología controladas desde ESAC en Madrid, España . [19]
Estado
La nave alcanzó su ubicación operativa en órbita alrededor del punto L1 de Lagrange el 22 de enero de 2016, donde se sometió a la puesta en servicio de la carga útil. [20] Las pruebas comenzaron el 1 de marzo de 2016. [21] En abril de 2016, la ESA anunció que LISA Pathfinder demostró que la misión LISA es factible. [22]
El 7 de junio de 2016, la ESA presentó los primeros resultados de dos meses de operación científica que muestran que la tecnología desarrollada para un observatorio de ondas gravitacionales con base en el espacio superó las expectativas. Los dos cubos en el corazón de la nave espacial están cayendo libremente a través del espacio bajo la influencia de la gravedad sola, imperturbables por otras fuerzas externas, en un factor de 5 mejor que los requisitos para LISA Pathfinder. [23] [24] [25] En febrero de 2017, BBC News informó que la sonda de gravedad había superado sus objetivos de rendimiento. [26]
LISA Pathfinder se desactivó el 30 de junio de 2017 [27].
El 5 de febrero de 2018, la ESA publicó los resultados finales. La precisión de las mediciones podría mejorarse aún más, más allá de los objetivos actuales para la futura misión LISA, debido a la ventilación de las moléculas de aire residuales y una mejor comprensión de las perturbaciones. [28]
Ver también
- Telescopio de Einstein , un detector de ondas gravitacionales europeo
- GEO600 , un detector de ondas gravitacionales ubicado en Hannover, Alemania
- LIGO , un observatorio de ondas gravitacionales en EE. UU.
- Taiji 1, un demostrador de tecnología china para la observación de ondas gravitacionales lanzado en 2019
- Interferómetro Virgo , un interferómetro ubicado cerca de Pisa, Italia
Referencias
- ^ a b c "LISA Pathfinder: Operaciones" . ESA . 8 de enero de 2010 . Consultado el 5 de febrero de 2011 .
- ^ "Misión LPF (LISA Pathfinder)" . ESA eoPortal . Consultado el 28 de marzo de 2014 .
- ^ a b "Programa de lanzamiento" . SpaceFlight ahora. Archivado desde el original el 24 de diciembre de 2016 . Consultado el 16 de octubre de 2015 .
- ^ a b "Convocatoria de medios: lanzamiento de LISA Pathfinder" . ESA. 23 de noviembre de 2015.
- ^ a b "LISA Pathfinder en ruta a la demostración de ondas gravitacionales" . Agencia Espacial Europea . Consultado el 3 de diciembre de 2015 .
- ^ "Noticias: Noticias principales - Observatorio de ondas gravitacionales LISA" . Archivado desde el original el 19 de abril de 2016.
- ^ "LISA Pathfinder continuará a pesar del 100% de crecimiento de los costos" . Noticias espaciales . 22 de junio de 2011.
- ^ "LISA Pathfinder listo para su lanzamiento desde Kourou" (Comunicado de prensa). Airbus Defence and Space. 30 de noviembre de 2015 - a través de SpaceRef.
- ^ "Socios internacionales de LISA Pathfinder" . eLISAscience.org . Archivado desde el original el 26 de septiembre de 2015 . Consultado el 7 de septiembre de 2015 .
- ^ objetivo científico de LISA Pathfinder Archivado el 21 de octubre de 2014 en la Wayback Machine .
- ^ "Ciencia Pathfinder LISA" . eLISAscience.org . Archivado desde el original el 21 de octubre de 2014 . Consultado el 9 de julio de 2014 .
- ^ "Observatorio de Ondas Gravitacionales LISA - Observaremos ondas gravitacionales en el espacio - Nueva Astronomía - LISA Pathfinder" .
- ^ Propuesta de diseño oficial en https://www.elisascience.org/files/publications/LISA_L3_20170120.pdf
- ^ Ziemer, JK; y Merkowitz, SM: “Microthrust Propulsion of the LISA Mission”, AIAA – 2004–3439, 40ª Conferencia Conjunta de Propulsión AIAA / ASME / SAE / ASEE, Fort Lauderdale FL, 11 al 14 de julio de 2004.
- ^ Rovey, J. "Propulsión y energía: propulsión eléctrica (año en revisión, 2009)" (PDF) . Aerospace America, diciembre de 2009, p. 44. Archivado desde el original (PDF) el 8 de diciembre de 2015 . Consultado el 26 de octubre de 2012 .
- ^ "Tecnología LISA Pathfinder" . eLISAscience.org . Archivado desde el original el 21 de octubre de 2014 . Consultado el 9 de julio de 2014 .
- ^ "LISA Pathfinder: casa de la misión" . ESA . Consultado el 5 de febrero de 2011 .
- ^ "La nueva visión de la ESA para estudiar el universo invisible" . www.esa.int . Consultado el 26 de junio de 2014 .
- ^ "LISA Pathfinder: hoja de datos" . ESA . Consultado el 20 de abril de 2009 .
- ^ "Primeras cerraduras liberadas de los cubos de LISA Pathfinder" . ESA . Comunicado de prensa de la ESA. 3 de febrero de 2016 . Consultado el 12 de febrero de 2016 .
- ^ Amos, Jonathan (1 de marzo de 2016). "Ondas gravitacionales: comienzan las pruebas para el futuro observatorio espacial" . BBC News . Consultado el 1 de marzo de 2016 .
- ^ Equipo Asesor del Observatorio Gravitacional, ed. (28 de marzo de 2016). La misión de ondas gravitacionales ESA – L3 - Informe final (PDF) . Informe final ESA – L3. pag. 4.
- ^ M. Armano; et al. (2016). "Caída libre sub-Femto-g para observatorios de ondas gravitacionales basados en el espacio: resultados de LISA Pathfinder" . Cartas de revisión física . 116 (23): 231101. Código bibliográfico : 2016PhRvL.116w1101A . doi : 10.1103 / PhysRevLett.116.231101 . PMID 27341221 .
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- ^ "LISA Pathfinder supera las expectativas" . Benjamin Knispel . elisascience.org. 7 de junio de 2016. Archivado desde el original el 3 de agosto de 2016 . Consultado el 7 de junio de 2016 .
- ^ "La sonda de gravedad supera los objetivos de rendimiento" . Jonathan Amos, corresponsal científico de la BBC, Boston . 18 de febrero de 2017 . Consultado el 20 de febrero de 2017 .
- ^ "LISA Pathfinder concluirá la misión pionera" . Ciencia y Tecnología de la ESA . ESA. 20 de junio de 2017 . Consultado el 17 de agosto de 2017 .
- ^ "La ESA crea el lugar más tranquilo en el espacio" . 2018-02-05 . Consultado el 7 de febrero de 2018 .
enlaces externos
- Página de inicio de LISA y LISA Pathfinder
- Casa de la misión LISA Pathfinder en la ESA
- LISA Pathfinder en eoPortal
- Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein de Hannover)