Научно-популярно о космосе и астрономии

Предыдущий пост Поделиться Следующий пост
Вспомни о ЛИЗЕ
lozga
01.jpg
Сейчас, когда весь мир говорит об обнаружении гравитационных волн, не хочется писать ни о чем, кроме астрономии. Тем более, что проект космической лаборатории для наблюдения гравитационных волн разрабатывается уже много лет, а спутник - технологический демонстратор уже находится в космосе и скоро приступит к наблюдениям. Его запуск прошел без особой помпы, но сейчас, как мне кажется, самое время вспомнить о зонде LISA Pathfinder.

Запуск, полет и последние новости


Начиная с 12 ноября зонд проходил сборку в монтажно-испытательном комплексе на космодроме Куру во Французской Гвиане и был запущен 3 декабря:


02.jpg
На зонде нет оптических телескопов, это - сугубо служебное изображение со звездного датчика, полученное в рамках проверки систем

После выведения на опорную орбиту разгонный блок в течение двух недель поднимал апогей зонда и, после шестого импульса, LISA отправилась в шестинедельное путешествие к точке Лагранжа L1 системы Солнце - Земля:


По дороге разгонный блок был сброшен, и зонд скорректировал орбиту для того, чтобы выйти на траекторию вокруг точки L1:
03.jpg

LISA Pathfinder вышел на целевую орбиту 22 января. Последняя новость - 3 февраля сняты первые фиксаторы, удерживающие два кубика из сплава золота и платины, по движению которых будут определять воздействие гравитации. В середине февраля будут сняты вторые фиксаторы и, как ожидается, зонд приступит к наблюдениям 23 февраля. Ну а чтобы понять, как эти кубики будут измерять гравитацию, расскажем подробнее про конструкцию аппарата.

Конструкция


Конструктивно, зонд LISA Pathfinder (Laser Interferometer Space Antenna - Космическая антенна лазерной интерферометрии) представляет собой шестиугольник из композитных панелей полной массой 1900 кг:

04.jpg
Сверху вниз: солнечные панели, центральный элемент инструмента LTP в разобранном виде, корпус, разгонный блок

Главным научным инструментом является установка под названием Lisa Test Package Core Assembly:
05.jpg

По сторонам расположены два 46-мм кубика из сплава золота и платины в индивидуальных вакуумных контейнерах. Кубики отшлифованы и служат зеркалами для измерения расстояния между ними.

06.JPG
Один из кубиков. Полукруглые углубления - места крепления первой системы фиксации (снята 3 февраля), пирамидальное углубление по центру - место крепления второй системы фиксации и, одновременно, точка для измерения расстояния

По центру находится лазерный интерферометр с 22 зеркалами и делителями луча, который способен измерить перемещение кубиков на 0,01 нанометра.
07.jpg

Полная масса LTP Core Assembly составляет примерно 120 кг.

Отдельная сложная техническая задача, которую пришлось решать разработчикам, - создание системы, которая сможет выдержать тряску и вибрацию при выведении на орбиту, не потеряв точности измерений. Поэтому процесс освобождения кубиков проходит в три этапа. Сначала снимаются фиксаторы первой очереди (Caging Mechanism). Затем гораздо более точные фиксаторы второй очереди (GPRM) снимутся с точностью 200 микрометров по всем осям, сообщив кубикам скорость не больше 5 микрометров в секунду. С такой скоростью кубики смогут приблизиться к стенкам не менее чем через полчаса. При необходимости фиксаторы GPRM смогут снова зафиксировать кубики. Одновременно с высвобождением фиксаторов второй очереди включится электростатическое поле, которое подвесит кубики, не дав им коснуться стенок. Ну и, наконец, электростатическое поле будет постепенно снято, чтобы кубики повисли в максимально идеальном свободном падении.

Однако, подвесить кубики - это только половина задачи. Дело в том, что на спутник будут воздействовать случайные силы. И даже всплеска солнечного ветра от вспышки на Солнце хватит, чтобы зонд начал двигаться относительно кубиков. Необходимо, во-первых, зафиксировать это смещение, а во-вторых скомпенсировать его реактивными микродвигателями. Для этого на Lisa Pathfinder стоят целых две системы: LTP FEEP и DRS.

FEEP (Field Effect Electric Propulsion) - электрическая система движения с использованием полевого эффекта. Поскольку система экспериментальная, она тестирует два типа двигателей - щелевые и игольчатые:

08.jpeg
Игольчатые двигатели слева, щелевые - справа

В щелевом двигателе используется полевая эмиссия разогретого до точки плавления цезия (≈ 29ºC). В игольчатых двигателях используется расплавленный индий (≈ 156ºC). Оба двигателя дают тягу, измеряемую в микрограммах, и их общая тяга сравнима с весом комара.

DRS (Disturbance Reduction System) - эта система досталась зонду от NASA. Из-за бюджетных ограничений NASA, она не имеет своих сверхточных акселерометров и будет использовать данные LTP. Двигатели сравнимы по тяге с FEEP, но используют в качестве рабочего тела ионную жидкость.

09.jpeg
Двигатели DRS

По плану полета спутник должен проработать 180 дней - 90 дней на LTP FEEP, 60 дней на DRS (на своих менее точных датчиках) и 30 дней совместной работы, когда LTP будет управлять двигателями DRS. Впрочем, запасы рабочего тела двигателей должны будут позволить продлить срок активной жизни.

Вся эта сложнейшая и точнейшая техника нужная для того, чтобы фиксировать перемещения кубиков на нанометры, при этом максимально изолируя их от всех возможных помех. Как вы уже, наверное, слышали, гравитационные волны фиксируют именно по такому небольшому смещению масс.

eLISA


LISA Pathfinder - это технологический демонстратор. Полноценный детектор, который назвали Evolved LISA (eLISA) должен будет состоять из трех спутников и, кроме сверхточного измерения смещения тестовых масс, должен будет еще измерять с очень высокой точностью расстояние между спутниками:
10.jpg

Зато в космосе не будет проблемы обеспечить большое расстояние между отдельными спутниками. Для этого проекта оно оценивается от 1 до 5 миллионов километров, чего, очевидно, нельзя достичь на Земле. Двигаясь по орбите, треугольник из зондов будет менять свою плоскость и сможет фиксировать гравитационные волны с разных направлений:

11.jpg

Подобный детектор сможет зафиксировать вращение компактных двойных звезд, падение звезд в черные дыры, вращение двойных черных дыр из соседних галактик, а также, возможно, позволит заглянуть в молодую Вселенную, когда материя еще не пропускала свет (согласно современным представлениям Вселенная стала прозрачной для фотонов 380 тысяч лет спустя после Большого взрыва). Есть даже спекуляции, что он сможет подтвердить теорию струн.

Отдельным плюсом детектора eLISA станет то, что он будет работать на другой частоте, нежели наземный детектор LIGO, что дополнит его наблюдения.

12.jpg

Одна беда - по текущим планам развертывание созвездия спутников eLISA запланировано на 2034 год. Остается только надеяться, что недавний успех в обнаружении гравитационных волн позволит увеличить финансирование и запустить детектор раньше.

P.S. Небольшое объявление для уфимцев - моя следующая лекция будет в Уфимском планетарии 26 февраля. Тема - внешняя Солнечная система, от пояса астероидов и до таинственной девятой планеты.

Интересно? Подписывайтесь на обновления.

Записи из этого журнала по тегу «астрономия»

  • Астрономические пейзажи в 360°

    На фотографиях мир выглядит лучше, чем в реальности. Особенно это касается астрономии, где на одну итоговую фотографию могут уйти часы работы, но в…

  • Весна идет, весне дорогу!

    "Совсем сдурел!" - скажет читатель - "Какая весна, когда за окном морозяка и сугробы по шею?" Да, действительно, календарная весна начинается первого…

  • Зимнее небо для новогодних каникул

    Часть свободного времени новогодних каникул стоит выделить на звездное небо над нами. Там, как всегда, будет интересно - парад планет, небольшой…


промо lozga ноябрь 4, 2014 17:00
Разместить за 20 жетонов
Привет! Добро пожаловать в блог, посвященный популяризации космонавтики, астрономии, и, шире, науки и прогресса человечества. Если вы зашли ко мне впервые, рекомендую почитать длинные серии постов по тегам: Серия "Незаметные сложности космической техники". Рассказы о том, как и почему ракеты и…

  • 1
фантастически интересно.
вот чем нужно заниматься, а не воевать, блин.

Война тоже двигает прогресс, увы...

Никто ничего пока не обнаруживал. Это враньё.

По поводу обнаружения гравитационных волн блоггер vchashu приходит к выводу:

--------------------------------------------------
"По такому поводу застолблю-ка я свой принцип:
Физики способны подтвердить любую теорию, на подтверждение которой выделено хотя бы 10 миллиардов баксов.
Впрочем, это не только про физиков."


-------------------------------------------------

А я ( emdrone) добавляю свой комментарий:
Отличный принцип, в ряд с принципом Питера и т.д.

Я, сознаюсь, тут же сгрузил их статью (не научпоп, а оригинальную
публикацию) и сейчас вычитываю с карандашиком.

Там очень странная круговая логика. Дочитаю напишу заметку.


------------------------------------------------------------------------------
ПЕРВАЯ РЕАКЦИЯ на сообщение в поп-научном журнальчике:
( http://zelenyikot.livejournal.com/87046.html )

Что там вообще разговаривать, об этом писали в
Пост-науке!


СМОТРИТЕ (прямые цитаты)
(а)
"Более того, удалось определить массы черных дыр, оказалось, что дыры в 29 и 36 масс Солнца при слиянии дали одну дыру в 62 масс Солнца. Тем самым был доказан эффект перехода трех масс Солнца в энергию гравитационных волн, которые и смогли детектировать."

(б)
"К сожалению, два детектора не позволяют точно определить откуда именно пришли волны, получилось понять только некоторое направление."
/* т.е. мы даже не знаем, о чем идет речь !! - emdrone*/

и однако на картинке есть 'вычислено по ТО' и оно сравнивается с измерениями
Есть и толкование:
"Модернизированный детектор LIGO в США смог "пронаблюдать" волны, которые возникли в момент столкновения двух черных дыр на расстоянии 1,2 млрд св лет. Этим доказали, что теория Эйнштейна достоверна, и открыли новое направление изучения Вселенной - гравитационную астрономию."

Толкование есть, расчет есть, но объекта который рассчитали нет. И однако:

(в)
"Всё идет к тому, что за это открытие дадут сразу две Нобелевских премии: одну за наблюдение гравитационных волн, вторую - за подтверждение существования черных дыр."

Как , и чёрных дыр тоже нет?!! - если это колебание неизвестной природы от неизвестного
источника подтвердило их существование?!

А я пока чешу репу и думаю, как можно ходить порочными логическими кругами:
измерение которое вообще имело бы смысл только если точно известно, что оно т черной дыры подтвердило существование черной дыры (при том, что координаты этой дыры неизвестны - т.е. нет косвенных, по искажениям движений вычислений дающих намёки на возможность её присутствия)??

Если верить Пост-Науке и зеленым котам

------------------------------------------------

P.S. Эти порочные круги и странности не выдуманы поп-журналистами, они
взяли их, как оказывается после её чтения, из певоначальной публикации


На самом деле всё что намеряли - два "писка" абсолютно неизвестной природы от неизвестного источника, не обязательно в космосе и т.д. , отстоящие на 10 микросекунд (?), а всё остальное "вычислено", т.е. ВЫДУМАНО в предположении что ТЕОРИЯ ВЕРНА АПРИОРИ - и про черную дыру выдумано, и про расстояние от неё, и про слияние и т.д. Для этого нет ни единого основания.
Мы имеем в реальности лишь "писки", которые привели "ученых" в восторг своей "общей формой", и они пошли фантазировать.

И эта выдумка на первой странице публикации (научной) высказана в твёрдых выражениях, а на последующих вставлена в оговорки. Общая же логика потрясает любого, кто способен логику рассуждений из текста выделять.

Edited at 2016-02-15 06:31 (UTC)

Насколько я помню район тоже определили и получили независимое подтверждение от телескопа Ферми

Дайте мне ключевые слова для поиска (лучше бы ссылку)
Кто что конкретно подтвердил и т.д.

Боюсь общие слова опять скроют менее доказательную
реальсть. Я не популяризатор, и не боюсь читать научные
статьи с математикой и т.д. Для своей работы недавно вычитал
ококо 600 статей и монографий (физика), так что..

???
"независимое подтверждение от телескопа Ферми"

???

Пока только препринт:

Fermi GBM Observations of LIGO Gravitational Wave event GW150914
gammaray. nsstc. nasa. gov/gbm/publications/preprints/gbm_ligo_preprint.pdf

Ваша версия - евреи снова пилят бюджет?

Иридий? Он же тугоплавкий! Может, индий?

Кстати, во втором номере "Новостей космонавтики" очень подробная статья об истории и старте LISA от Игоря Афанасьева.

Спасибо. Второй номер мне еще вроде не пришел.

Я просто в четверг в редакции был, забрал. А так они уже должны разослать были уже.
Февральский номер с рекордным количеством страниц. :-)
Хотя на вид тоньше обычных номеров 2015 года. :-)

Самое время вспомнить фильи Интерстеллар... Пророчество?

А что там вспоминать? Интерстеллар - сказка с красивой и реалистичной анимацией сверхбольшой черной дыры.

Имею в виду именно гравитационные волны, которые и положены в основу взаимодействия с земной реальностью. Насколько я помню - на момент действия фильма у них они под большое сомнение ставились

Насколько я помню фильм, там говорили "гравитация" в любой непонятной ситуации.

Нет, там сообщение до дочери доносилось именно при помощи гравитационных волн. И вообще там все именно на этом строилось. Стоит пересмотреть в свете последних событии. Хотя мое мнение в репрезентативную выборку может и не входить - во время просмотра я расширил сознание маркой и возможно были глубоко личные интерпретации :)

гравитационная волна, способна сдвинуть одну выбранную книжку с полки, должна была бы порождаться источниками дичайших энергий. От Земли мало что бы осталось в таком случае

Edited at 2016-06-27 03:47 (UTC)

Реалистичной? Кто-то видел черную дыру?

А вот мне, как технарю, интересно, каким образом они изготавливают такие детали с такой очешуительной точностью?

Деталь изготовлена без особых изысков к точности, 0,01 нм - это порог чувствительности на изменение расстояния

А что за материал и как полировали?

мне вот интересно, полёты спутников в точках Лагранжа рисуют всегда по орбитам. Но там же нет массы. Значить круговые орбиты достигаются постоянными корректировками и включениями двигателей. Это ж сколько топлива надо!
Это ещё ладно — в случае с LISA постоянные включения двигателей будут воздействовать на кубики, замучаешься их стабилизировать.
Отсюда вопрос: что на картинках правда и как они там в действительности летают?:)

Edited at 2016-02-17 21:52 (UTC)

Там есть массы -- Земли и Солнца. Движение по орбите вокруг L1 позволяет увеличить стабильность, без корректировок. Источник: en wikipedia org / wiki / Lagrangian_point#Stability

Поскольку орбита вращения Земли эллиптическая и сами точки постоянно колеблются.

точка L1 - это, считайте "антимасса", положение равновесия. Наглядно можно представить как округлую такую вмятину на очень гладком твёрдом листе. И нижняя точка вмятины - это L1, а круговое движение вокруг неё - стабильная орбита (закатите туда твёрдый шарик и толкните так, чтобы он катался вокруг центра вмятинки).

Вы всё же написали не совсем то, используя к тому же слово "бредятина" по отношению к проекту, в разработке коего вы не участвовали.

С чего бы кубикам колебаться? Они разве что дрейфовать будут: если центр масс самого аппарата движется по той же орбите, что центры масс кубиков (скажем, ЦМ аппарата - средняя точка дуги, а ЦМ кубиков - это опережающая и отстающая точки), то естественным источником дрейфа будет только самогравитация, стремящаяся стянуть кубики к общему ЦМ всей системы. Но если вспомнить о ничтожности масс этих объектов, то, думаю, этой погрешностью вообще можно будет пренебречь

Edited at 2016-06-27 08:40 (UTC)

Я написал, что выйти точно в точку невозможно, возможно только вращаться вокруг неё. Детали я естественно не знаю не интересовался.

ну так в статье и нарисовано, что аппарат ставится на орбиту вокруг L1

грех олдскула статьи иногда подробно не читаю))

Меня вот тоже всегда интересовало как можно точно выйти в Л1 Л2, это же невозможно, вариант - это вращение на минимальном расстоянии. Это по любому колебание кубиков. То есть пока аппарат будет вращаться по вытянутой орбите и ждать другие для синхронизации, бред короче.

Епта-детектор, забавное название.
Не слашал о таком.

Философский вопрос: Зачем измерять, то что находится на пределе чувствительности самых чувствительных измерительных приборов? Это же типа "неуловимого Джо" которого никто не может поймать потому, что он очень маленький и незаметный. Или упругих постоянных третьего порядка, которые никто никогда не мерял.


Как любая фундаментальная наука, это может оказаться полезным послезавтра.

Почему не делают станцию связи ретранслятор на орбите? Там земных шумов меньше

На геостационарной орбите много ретрансляторов ТВ, интернета и прочей связи. Или вы про какие-то другие ретрансляторы?

Ретрансляторы для космических станций типа Лиза.

Покрытие 24 часа и скорости выше

Наземные станции же меняются из-за вращения Земли. А скорость ему особая не нужна, там сравнительно немного данных

Геостационарный, или добавить блок к какому-то хугессу))

и вдруг поймают модулированный гравитационный свист откуда-нибудь.. вот это было бы ВАЩЩЩЩЕ!

Ужасно умный и сложный ... бред.

Все это полнейшая чушь. Нет никаких гравитационных волн. Нет и гравитационных сил. Гравитация не силовой феномен, а кинематический. Это еще Птолемей знал. В гравитацинном поле меняется характер свободного движения.Вне гравитацинного поля возможно свободное движение равнмерное и прямолинейное. В инециальной системе отсчета. Но в неинерциальных движение будет самое различное. В гравитацинном поле равномерное и прямолинейное движение невозможно, так как инерциальной система не существует в гравитирующем пространстве. А свободные тела в гравитационном поле могут двигаться по прямой с ускорением, по окружности, эллипсу и еще бг знает как. Но сил нет. Силы есть только электрические например, силы упругости. Которые препятствуют свобдным движения гравитацинным. А раз нет гравитацигнных сил, то и волн нет. Тем более еще Лаплас показал, что если бы существовали гравитацинные силы, то они рапространялись бы со скростью 10^10 c.
Так что зря тратят золото и платину. Ньютоновская механика уже устарела и просто неверна. А уж эйнштейнвская просто бренд. использовать меры и эталоны для пдгонки под свои фантазии - это величайшая в истории науки нелепость.

Edited at 2016-06-29 05:36 (UTC)

  • 1
?

Log in