science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Kleine stuwraketten demonstreren een vermogen dat nodig is om zwaartekrachtsgolven te detecteren

Dit cluster van vier colloïde stuwraketten maakt deel uit van het Disturbance Reduction System, ontwikkeld door NASA/JPL, waardoor het LISA Pathfinder-ruimtevaartuig extreem stabiel blijft. Krediet:ESA/NASA/JPLCaltech

Op 3 december, 2015, de LISA Pathfinder-missie schoot de ruimte in met het meest stabiele stuwsysteem voor ruimtevaartuigen dat ooit gekwalificeerd is voor gebruik in de ruimte. Ontwikkeld door NASA JPL, het Space Technology 7 (ST-7) Disturbance Reduction System (DRS) is ontworpen om de positie van het ruimtevaartuig tot op een miljoenste millimeter te controleren. ST-7 DRS bestaat uit clusters van colloïde micronewton-stuwraketten en besturingssoftware die zich op een speciale computer bevinden. Opereren, de stuwraketten brengen een elektrische lading aan op kleine vloeistofdruppeltjes en versnellen ze door een elektrisch veld. Deze nieuwe boegschroeftechnologie is nog nooit eerder met succes in de ruimte gebruikt. ST-7 DRS zal extreem kleine energiepulsen (5 tot 30 micronewton stuwkracht) leveren om het LISA Pathfinder-ruimtevaartuig nauwkeurig te besturen.

Nauwkeurige besturing van ruimtevaartuigen is van vitaal belang om het LISA Pathfinder-doel te bereiken:het demonstreren van technologische concepten die nodig zijn om laagfrequente zwaartekrachtsgolven te detecteren. Zwaartekrachtgolven zijn ongelooflijk zwak. De grootte van de oscillatie is in de orde van tientallen picometers - één picometer is een biljoenste van een meter - en daarom is het van cruciaal belang om het ruimtevaartuig stabiel genoeg te houden om de golven te detecteren. De LISA Pathfinder bevat twee testmassa's:objecten die zijn ontworpen om alleen (in de grootst mogelijke mate) op de zwaartekracht te reageren. Deze testmassa's zijn gemaakt van een mengsel van goud en platina, zodat ze zeer dicht zullen zijn, maar ook niet-magnetisch. Ze wegen elk ongeveer 4 pond (2 kilogram) en meten aan elke kant 1,8 inch (4,6 centimeter). Het LISA Pathfinder-ruimtevaartuig is bedoeld om de testmassa's af te schermen van externe krachten, zodat ze een traject volgen dat alleen wordt bepaald door het lokale zwaartekrachtveld. De dominante kracht om te overwinnen is zonnedruk, die op het ruimtevaartuig duwt en het equivalent is van ongeveer het gewicht van een zandkorrel. Door nauwkeurig de positie van de vrij zwevende testmassa's te meten, de ST-7 DRS gebruikt zijn "micro-raket"-stuwraketten om het ruimtevaartuig gecentreerd rond de testmassa's te houden. In werkelijkheid, het ruimtevaartuig vliegt in wezen in formatie met de testmassa's, gebruikmakend van sensorinformatie aan boord (geleverd door het Europese LISA-technologiepakket) om de boegschroeven te besturen en de testmassa's volledig geïsoleerd te houden van externe krachten. Door hun relatieve beweging te meten, een toekomstige missie zou dergelijke testmassa's kunnen gebruiken als referenties in de zoektocht om zwaartekrachtgolven te detecteren.

ST-7 DRS is een van de twee boegschroefsystemen die worden getest op de LISA Pathfinder-missie (het andere systeem is ontwikkeld door de European Space Agency). Indien succesvol, er zijn tal van mogelijke toepassingen voor deze technologie in de toekomst. Bijvoorbeeld, het systeem zou kunnen worden gebruikt om een ​​toekomstig ruimtevaartuig te stabiliseren dat heel stil moet zijn om exoplaneten te detecteren. ST-7 DRS zou de reactiewielen kunnen vervangen die de oriëntatie van een ruimtevaartuig helpen regelen, vermindering van de totale massa van het ruimtevaartuig. Het boegschroefsysteem zou ook kunnen worden gebruikt om ruimtevaartuigen in formatie te laten vliegen. Bijvoorbeeld, een constellatie van kleine samen vliegende satellieten zou deze stuwraketten kunnen gebruiken om in hoge mate gesynchroniseerd te blijven.

Het LISA Pathfinder-ruimtevaartuig zal de weg vrijmaken voor een missie om zwaartekrachtsgolven te detecteren. NASA/JPL ontwikkelde een boegschroefsysteem aan boord. Krediet:ESA