LISA パスファインダー

LISA パスファインダー
	LISA パスファインダー宇宙船の模型
ミッションタイプ	テクノロジーデモンストレーター
オペレーター	ESA
コスパーID	2015-070A
SATCAT番号	41043
ミッション期間	576日
宇宙船の特性
メーカー	エアバス・ディフェンス・アンド・スペース
打ち上げ質量	1,910 kg (4,210 ポンド)
BOL質量	480 kg (1,060 ポンド)
乾燥質量	810 kg (1,790 ポンド)
ペイロード質量	125 kg (276 ポンド)
寸法	2.9 m × 2.1 m (9.5 フィート × 6.9 フィート)
ミッション開始
発売日	2015年12月3日 04:04:00 UTC
ロケット	ベガ（VV06）
発射場	クールー ELV
請負業者	アリアンスペース
ミッション終了
廃棄	廃止
無効化	2017年6月30日
軌道パラメータ
参照システム	太陽-地球 L 1
政権	リサージュ軌道
近点高度	500,000 km (310,000 マイル)
遠点高度	800,000 km (500,000 マイル)
傾斜	60度
エポック	計画中
トランスポンダー
バンド	Xバンド
帯域幅	7kビット/秒
楽器
	約36.7 cm レーザー干渉計
	; LISA パスファインダーの ESA 天体物理学の記章ホライゾン 2000 プラス

LISAパスファインダーは、以前はSmall Missions for Advanced Research in Technology-2（SMART-2）と呼ばれ、2015年12月3日にベガVV06便で打ち上げられたESAの宇宙船でした。 ^[3]^[4]^[5]このミッションでは、2035年に打ち上げが予定されているESAの重力波観測所であるレーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）に必要な技術をテストしました。科学的段階は2016年3月8日に始まり、ほぼ16か月続きました。^[6] 2016年4月、ESAはLISAパスファインダーがLISAミッションが実現可能であることを実証したと発表しました。

推定ミッション費用は4億ユーロであった。^[7]

ミッション

LISAパスファインダーは、ほぼ完璧な重力自由落下状態に2つの試験質量を配置し、それらの相対運動を前例のない精度で制御および測定しました。レーザー干渉計は、質量の相対位置と方向を0.01ナノメートル未満の精度で測定しました。^{[8]この技術は、後続のミッションである}レーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）によって重力波を検出できるほど感度が高いと推定されています。

この干渉計は、最終的な LISA 干渉計の 1 つのアームのモデルでしたが、数百万キロメートルの長さから 40 cm に短縮されました。この短縮によって相対位置測定の精度が変わることはなく、また、LISA パスファインダーの主な目的である測定を実験の周囲で行っている宇宙船によって発生するさまざまな技術的障害にも影響はありませんでした。ただし、重力波に対する感度はアームの長さに比例し、計画されていた LISA 実験に比べて数十億分の 1 に短縮されています。

LISAパスファインダーはESA主導のミッションであり、フランス、ドイツ、イタリア、オランダ、スペイン、スイス、イギリス、そしてアメリカの宇宙機関NASAのヨーロッパの宇宙企業や研究機関が参加した。^[9]

LISA パスファインダー科学

LISAパスファインダーは、2つの質量が宇宙船に触れずに遮蔽された状態で宇宙空間を飛行し、2035年に打ち上げが予定されている完全な重力波観測所の実現に必要な精度で相対位置を維持できることを証明する概念実証ミッションでした。主な目的は測地線運動からの偏差を測定することでした。重力物理学の実験の多くは、自由落下する測地線基準テスト粒子間の相対加速度を測定することを必要とします。^[10]

LISA パスファインダーでは、光干渉計による正確な試験質量間追跡により、科学者は単一の宇宙船内で約 38 cm 離れた 2 つの試験質量の相対加速度を評価することができました。LISA パスファインダーの科学は、LISA 後続ミッションに理想的な自由落下試験粒子の完璧な配置を作成し、測定する能力を制限する、漂遊力や光学測定限界などのすべての偽の影響を測定し、実験的に固定された物理モデルを作成することで構成されていました。 [ ^11]

特に、次の点が検証されました。

2つのプルーフマスを備えた宇宙船の抗力のない姿勢制御、
望ましい周波数帯域でのレーザー干渉計の実現可能性（地球表面では不可能）
静電容量センサー、マイクロスラスタ、レーザー、光学系など、さまざまなコンポーネントの信頼性と耐久性。

後続ミッションであるLISA ^[12]では、試験質量は250万キロ離れた3機の別々の宇宙船にそれぞれ搭載された2kgの金/プラチナキューブのペアになります。^[13]

宇宙船の設計

LISAパスファインダーは、欧州宇宙機関との契約に基づき、スティーブニッジ（英国）のエアバス・ディフェンス・アンド・スペース社で組み立てられた。同機は、慣性センサー、干渉計、関連機器、および2つの抗力のない制御システムで構成される欧州の「LISA技術パッケージ」を搭載していた。1つは冷気ガスマイクロスラスタ（ガイアで使用されているものと同様のもの）を使用した欧州のシステムで、もう1つは欧州のセンサーと電場で加速されたコロイドのイオン化液滴を使用する電気推進システムを使用した米国製の「擾乱低減システム」である。^[14]コロイドスラスタ（または「エレクトロスプレースラスタ」）システムはブセック社によって構築され、宇宙船への統合のためにJPLに納品された。 ^[15]

計装

LISA テクノロジーパッケージ (LTP) は、エアバスディフェンスアンドスペースドイツによって統合されましたが、機器とコンポーネントはヨーロッパ各地の協力機関によって供給されました。干渉計のノイズ除去技術要件は非常に厳格であり、温度などの変化する環境条件に対する干渉計の物理的応答を最小限に抑える必要があることを意味します。

環境の影響

後続ミッションである eLISA では、環境要因が干渉計の測定に影響します。これらの環境要因には、太陽が宇宙船を不均一に加熱したり、宇宙船自体の内部にある機器が熱くなったりすることで発生する可能性のある、漂遊電磁場や温度勾配が含まれます。そのため、LISA Pathfinder は、このような環境要因が慣性センサーやその他の機器の動作をどのように変化させるかを調べるために設計されました。LISA Pathfinder は、テスト質量と光学ベンチの温度と磁場を測定できる広範な機器パッケージを搭載して飛行しました。宇宙船には、システムを人工的に刺激する機能も装備されていました。加熱要素を搭載し、宇宙船の構造を不均一に加熱して光学ベンチを歪ませ、科学者が温度の変化によって測定値がどのように変化するかを確認できるようにしました。^[16]

宇宙船の運用

LISAパスファインダーのミッションコントロールはドイツのダルムシュタットにあるESOCにあり、科学技術運用はスペインのマドリードにあるESACから制御されていました。^[17]

リサージュ軌道

宇宙船は最初にベガVV06便によって楕円形のLEO駐機軌道に打ち上げられた。そこから近地点を通過するたびに短時間の燃焼を実行し、遠地点をゆっくりと地球-太陽L1点の周りの意図さ _れたハロー軌道に近づけた。^[1]^[18]^[19]

LISAパスファインダーの軌道アニメーション

地球・ LISA パスファインダー

年表と結果

宇宙船は2016年1月22日にラグランジュ点L1の周回軌道上の運用位置に到達し、そこでペイロードの試運転が行われた。 ^[20]テストは2016年3月1日に開始された。^[21] 2016年4月、ESAはLISAパスファインダーがLISAミッションが実行可能であることを実証したと発表した。^[22]

2016年6月7日、ESAは2か月に及ぶ科学研究の最初の結果を発表し、宇宙重力波観測所向けに開発された技術が期待を上回っていることを明らかにした。宇宙船の中心にある2つの立方体は、他の外力に邪魔されることなく、重力の影響のみを受けて宇宙空間を自由落下しており、これはLISAパスファインダーの要件の5倍である。^[23]^[24]^[25] 2017年2月、BBCニュースは重力探査機が性能目標を超えたと報じた。^[26]

LISAパスファインダーは2017年6月30日に廃止された。^[27]

2018年2月5日、ESAは最終結果を発表しました。残留空気分子の排出と擾乱のより深い理解により、測定精度は将来のLISAミッションの現在の目標を超えてさらに向上する可能性があります。^[28]

参照

ヨーロッパの重力波検出器、アインシュタイン望遠鏡
ドイツのハノーバーにある重力波検出器GEO600
米国の重力波観測所LIGO
2019年に打ち上げられた中国の重力波観測技術実証機「太極1号」
イタリアのピサ近郊にある干渉計、Virgo干渉計

参考文献

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外部リンク

LISAとLISA Pathfinderのホームページ
LISA パスファインダーミッションの ESA 拠点
eoPortal の LISA Pathfinder は 2015-10-17 にWayback Machineでアーカイブされています
マックス・プランク重力物理学研究所（ハノーバー・アルベルト・アインシュタイン研究所） 2016-05-17 にWayback Machineでアーカイブ

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[28] 「ESAが宇宙で最も静かな場所を創出」 2018年2月5日. 2018年2月7日閲覧。