Rakieta Vega pomyślnie wyniosła w przestrzeń kosmiczną sondę LISA Pathfinder – najdokładniejszy czujnik ruchu w historii.

Trzeciego grudnia o 04:04 GMT z Gujańskiego Centrum Kosmicznego w Gujanie Francuskiej wystartowała rakieta Vega z prekursorem misji LISA – sondą LISA Pathfinder. Naukowcy chcą za pomocą sondy przetestować instrument mający w przyszłości wykryć fale grawitacyjne, zjawiska przewidywanego Teorią Względności oraz jednego ze “świętych Grali” fizyki współczesnej. „Fale grawitacyjne to zaburzenia krzywizny czasoprzestrzeni; są one bardzo słabe i wymagają bardzo czułych detektorów”, mówił Alvaro Gimenez, dyrektor ESA ds. nauki.

Start rakiety Vega VV06 z sondą LISA Pathfinder, 3 grudnia 2015 / Credit: ESA, Stephane Corvaja

Start rakiety Vega VV06 z sondą LISA Pathfinder, 3 grudnia 2015 / Credit: ESA, Stephane Corvaja

LISA Pathfinder, przedsięwzięcie ESA i NASA, to sonda kosmiczna przenosząca eksperymentalny zestaw aparatury badawczo-pomiarowej. Statek powstawał przez 10 lat kosztem 630 milionów dolarów amerykańskich. Jej zadaniem będzie przetestowanie technologii mającej w przyszłości, w postaci zespołu 2-3 satelitów, pozwalać na wykrywanie fal grawitacyjnych.

LISA Pathfinder ma masę startową ok. 1910 kg. Masa własna sondy to około 810 kilogramów, zaś masa ładunku użytecznego wynosi 125 kg. Statek ma wymiary 2,9 m x 2,1 m.

Jego głównym wykonawcą był Airbus Defence & Space UK. Jako moduł napędowy wykorzystano sprawdzoną podstawę, platformę satelitów telekomunikacyjnych Eurostar.

Sonda leci teraz w kierunku punktu L1 układu Ziemia-Słońca, oddalonego około 1,5 miliona kilometrów od Ziemi w kierunku Słońca, wokół którego będzie potem krążyła. Doleci tam poprzez wielokrotne okrążanie Ziemi połączone z podnoszeniem orbity. Jej początkowa orbita miała parametry 207 km × 1540 km × 5,96º.

Testowe włączenie silników zaplanowano na 6 grudnia. Do 12 grudnia LISA Pathfinder wykona 6 manewrów podnoszenia i wydłużania orbity, z których ostatni skieruje ją w kierunku punktu L1. Po wejściu na orbitę punktu L1, w styczniu 2016 roku, moduł napędowy zostanie odłączony.

Głównym ładunkiem misji jest eksperymentalny detektor, serce sekcji naukowej sondy, określany jako LISA Technology Package (LTP). Jest on złożony z laserowych dalmierzy, niezwykle dokładnych akcelerometrów, mikrosilniczków korekcyjnych i dwóch 46 milimetrowych sześcianów wykonanych ze złota i platyny, oddalonych od siebie o 38 cm.

Schemat budowy LTP sondy LISA Pathfinder / Credit: ESA

Schemat budowy LTP sondy LISA Pathfinder / Credit: ESA

Pierwszym wyzwaniem stojącym przed sondą i jej obsługą, będzie polegał na uwolnieniu wspomnianych sześcianów z pozycji transportowej. Prowadzone przez LISA Pathfinder pomiary będą polegały na pomiarze względnego położenia obu sześcianów za pomocą interferometrii laserowej. Dokładność pomiaru położenia ma wynieść 1 pikometr – jedną bilionową część metra. Jak mała jest to odległość, daje porównanie do średnicy atomu helu, którą szacuje się na 62 pikometry (od środka jądra do powłoki elektronowej). Docelowe instrumenty sondy LISA, której start przewidywany jest na rok 2023, mają móc wykrywać względne przesunięcia rzędu 20 pikometrów na odległości 1 miliona kilometrów. „LISA Pathfinder przenosi najbardziej czuły detektor ruchu w historii, kluczowy element czujnika fal grawitacyjnych”, podkreślał Gimenez.

Obie masy będą zawieszone w komorach próżniowych w stanie spadku swobodnego, zapewnianego przez pole elektryczne. Ruch sondy będzie podporządkowany ruchomi sześcianów, tj. sonda będzie podążała w przestrzeni za swobodnie poruszającymi się sześcianami. Statek ma je osłaniać i badać, ale nie ma wejść z nimi w kontakt fizyczny. Naukowcy będą też badać w jaki sposób warunki zewnętrzne, w tym pole elektryczne i temperatura elementów statku, będą wpływały na pomiary.

Wymagać to będzie niezwykle precyzyjnego poruszania całym statkiem kosmicznym. Ten element misji również jest przedmiotem badań i eksperymentu jakim jest misja LISA Pathfinder. Z tego powodu statek wyposażono w dwa zestawy mikrosilniczków korekcyjnych dwóch różnych producentów. Jeden został dostarczony przez amerykańską firmę Busek. Drugi przez ESA. Oba będą wykorzystywane przez połowę czasu misji. Pierwszy przypomina w działaniu silnik jonowy – ruch uzyskuje się poprzez wyrzut zjonizowanego płynu. Silniczki ESA wykorzystują gazowy azot.

Trzy satelity docelowej misji LISA - wizja artystyczna / Credit: NASA, domena publiczna

Trzy satelity docelowej misji LISA – wizja artystyczna / Credit: NASA, domena publiczna

Jak obrazowo podaje Phil Barela, menadżer projektu z ramienia NASA, mikrosilniczki będą mogły zmieniać położenie statku z dokładnością do szerokości podwójnej helisy DNA, czyli z dokładnością rzędu kilku nanometrów. Silniczki będą uruchamiane około 10 razy na sekundę.

Pełna misja LISA będzie składała się z 2-3 statków oddalonych od siebie o 5 milionów kilometrów, a każdy z nich będzie przenosił jeden sześcian jako masę testową. Fala grawitacyjne mają być rejestrowane jako względne przesunięcie między nimi.

Jeszcze w dniu startu Europejskie Centrum Operacji Kosmicznych ESOC w Darmsztadzie potwierdziło, że statek odłączył się od rakiety nośnej i znajduje się na prawidłowej orbicie. Przy takim osiągnięciu technologicznym jakim jest LTP, jako ciekawostkę należy wspomnieć, że wyniesienie sondy było piątym, ostatnim lotem kwalifikacyjnym włoskiej rakiety Vega. W pięciu udanych misjach rakieta wykazała swoje sprawne działanie w każdym przewidzianym rodzaju misji. Rakieta może być teraz oferowana komercyjnie przez Arianespace.

(SD, SFN, ESA)

Przekaż dalej

6 komentarzy

  1. “wyniesienie sondy było piątym, ostatnim lotem kwalifikacyjnym włoskiej rakiety Vega”
    Całkiem niezłe te loty kwalifikacyjne z towarem za setki milionów dolarów 😀

  2. Czy te super dokładne mikrosilniczki są czymś nowym w przestrzeni kosmicznej ?
    Ich dokładność robi na mnie wrażenie rewelacji rodem z następnego wieku.

    I pomyśleć ,że prostsza, na zdrowy rozum, misja np. na Urana musi jeszcze tyle lat czekać na realizację.

    Napisano ,że działanie zjonizowanej cieczy przypomina funkcjonowanie gazów zjonizowanych. Ale jaka jest różnica, oprócz tego, że są to różne “paliwa” ?

    • Hubert Bartkowiak na

      Tak, zastosowane układy korekcyjne mają charakter technologicznego nowum. Zarówno tego od NASA/Busek, jaki od ESA. To ich pierwsze zastosowanie w przestrzeni kosmicznej. Silniczki od NASA/Busek dają ciąg regulowany od 5 do 30 uN z rozdzielczością 0,1 uN i czasem odpowiedzi poniżej 0,5 s. Sytem silniczków FEEP daje ciąg od 0,1 uN do 150 uN, z rozdz. 0,1 uN i czasem odpowiedzi poniżej do 150 ms.

      Różnicą jest właśnie to, że zastosowanie cieczy daje mniejszy ciąg, co pozwala na osiągnięcie wartości ciągu i jego rozdzielczości rzędu mikronewtonów. Takie silniki były proponowane już od lat 60., ale wtedy nie było technologii mogącej wytwarzać odpowiednio małe krople. Duże krople wymagały dużych napięć, rzędu 10-100 kV, co powodowało problemy z izolacją.

  3. mikrosilniczków komercyjnych >> mikrosilniczków korekcyjnych

    Tak dokładność to prawdziwe szaleństwo.

    • Hubert Bartkowiak na

      Dzięki, poprawione.
      Silniczki – zobaczymy czy uda się to osiągnąć. To jeden z ważniejszych celów misji Pathfindera.