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 VV06 de Vega. [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 está previsto para 2035. 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.
El coste estimado de la misión fue de 400 millones de euros. [7]
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 y orientación relativas 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 en la siguiente misión, la Antena Espacial de Interferómetro Láser (LISA).
El interferómetro era un modelo de un brazo del interferómetro LISA definitivo, pero reducido de millones de kilómetros de longitud a 40 cm. La reducción no modificó la precisión de la medición de la posición relativa ni afectó a las diversas perturbaciones técnicas producidas por las naves espaciales que rodeaban el experimento, cuya medición era el objetivo principal de LISA Pathfinder. Sin embargo, la sensibilidad a las ondas gravitacionales es proporcional a la longitud del brazo, y 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 la que 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]
LISA Pathfinder fue una misión de prueba de concepto para demostrar que las dos masas pueden volar a través del espacio, intactas pero protegidas por la nave espacial, y mantener sus posiciones relativas con la precisión necesaria para realizar un observatorio de ondas gravitacionales completo, cuyo lanzamiento está previsto para 2035. 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 las masas de prueba 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:
Para la siguiente misión, LISA , [12] las masas de prueba serán pares de cubos de oro/platino de 2 kg alojados en cada una de tres naves espaciales separadas por 2,5 millones de kilómetros. [13]
LISA Pathfinder fue ensamblada por Airbus Defence and Space en Stevenage (Reino Unido), bajo contrato con la Agencia Espacial Europea. Llevaba un "Paquete Tecnológico LISA" europeo que comprendía sensores inerciales, interferómetro e instrumentación asociada, así como dos sistemas de control sin resistencia: uno europeo que utiliza micropropulsores de gas frío (similares a los utilizados en Gaia ), y un "Sistema de Reducción de Perturbaciones" construido en Estados Unidos que utiliza los sensores europeos y un sistema de propulsión eléctrica que utiliza gotas ionizadas de un coloide aceleradas en un campo eléctrico . [14] El sistema de propulsión coloidal (o " propulsor de electrospray ") fue construido por Busek y entregado al JPL para su integración con la nave espacial. [15]
El paquete tecnológico LISA (LTP) fue integrado por Airbus Defence and Space Germany, pero los instrumentos y componentes fueron suministrados por instituciones colaboradoras de toda Europa. Los requisitos técnicos de rechazo del ruido del interferómetro eran muy estrictos, lo que significa que la respuesta física del interferómetro a las condiciones ambientales cambiantes, como la temperatura, debe minimizarse.
En la siguiente misión, eLISA, los factores ambientales influirán en las mediciones que tome el interferómetro. Estas influencias ambientales incluyen campos electromagnéticos dispersos y gradientes de temperatura, que podrían ser causados por el calentamiento desigual de la nave por parte del Sol, o incluso por el calentamiento de la instrumentación dentro de la propia nave. Por lo tanto, LISA Pathfinder fue diseñado para descubrir cómo estas influencias ambientales cambian el comportamiento de los sensores inerciales y el resto de instrumentos. LISA Pathfinder voló con un amplio 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, haciendo que el banco óptico se distorsione y permitiendo a los científicos ver cómo cambian las mediciones con las distintas temperaturas. [16]
El control de la misión de LISA Pathfinder estaba en ESOC en Darmstadt, Alemania, mientras que las operaciones científicas y tecnológicas estaban controladas desde ESAC en Madrid, España . [17]
La nave espacial fue lanzada por primera vez por el vuelo VV06 de Vega a una órbita de estacionamiento LEO elíptica . Desde allí, ejecutó un breve encendido cada vez que pasaba por el perigeo , elevando lentamente el apogeo más cerca de la órbita de halo prevista alrededor del punto L 1 Tierra-Sol . [1] [18] [19]
La nave espacial alcanzó su posición operativa en órbita alrededor del punto Lagrange L1 el 22 de enero de 2016, donde se realizó 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 operaciones científicas, que demuestran que la tecnología desarrollada para un observatorio de ondas gravitacionales basado en el espacio está superando 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 únicamente, sin ser perturbados por otras fuerzas externas, con un factor cinco veces 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, gracias a la ventilación de las moléculas de aire residuales y a una mejor comprensión de las perturbaciones. [28]
