Misión LISA Pathfinder: detección de ondas gravitacionales en el espacio.

LISA Pathfinder probará las tecnologías necesarias para la futura misión de la ESA LISA, cuyo objetivo es mejorar nuestro conocimiento del universo mediante la detección de ondas gravitacionales, un fenómeno predicho por la Relatividad General de Einstein en 1916. Al hacer esto, LISA Pathfinder hará mediciones clave del tejido espacio-tiempo, que serán un componente crucial para futuras misiones fundamentales.

Misión Espacial LISA

El nombre de LISA Pathfinder indica claramente el papel de precursor que esta misión desempeña con respecto a la próxima misión LISA.

El nombre LISA, originalmente, viene de Antena Láser Espacial de Interferómetro, que era una misión de ondas gravitacionales planeado por la ESA y la NASA. Aunque esta misión no seguirá adelante debido a cambios en los compromisos de financiación, las nuevas tecnologías necesarias para una misión similar serán probados por LISA Pathfinder.

La misión va a enviar una carga útil Europea, llamado LISA Technology Package (LTP), desarrollado por la comunidad científica europea utilizando fondos nacionales procedentes de siete Estados miembros (Italia, Francia, Alemania, España, Reino Unido, Países Bajos y Suiza) y de la ESA. Un instrumento de América será organizado a bordo, el Sistema de Reducción de Perturbaciones (DRS), desarrollado para la NASA por el Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, California.

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Imagen: ESA

El lanzamiento de la LISA Pathfinder está previsto para 2015. La nave espacial será lanzada por un cohete VEGA desde Kourou, Guayana Francesa, y se colocará en una órbita de aparcamiento ligeramente elíptica. A partir de ahí, se hará uso de su propio módulo de propulsión para alcanzar su órbita operacional final, unos 500 000 kilometros por 800 000 kilometros órbita halo alrededor del primer punto de Lagrange Sol-Tierra, a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra.

Después se realiza la última quema de transferencia, y se averigua el estado de la nave espacial, también se desecha el módulo de propulsión.

La fase operativa de LISA Pathfinder tendrá una duración de seis meses, compartida entre 90 días LTP y 60 días DRS, y las operaciones de 30 días conjuntas Las DRS experimento va a utilizar el sensor Europea LTP por sus mediciones. La misión en sí podría extenderse a un año.

Astrium Reino Unido ha sido seleccionado como el contratista principal, y Astrium Alemania lidera el consorcio para la carga útil Europea. Después de la finalización con éxito de la Misión de revisión del diseño preliminar en febrero de 2006, la misión ha entrado en la fase de desarrollo.

Imagen:ESA
Imagen: ESA

El viaje de LISA Pathfinder

LISA Pathfinder viajará entre la Tierra y uno de los llamados puntos de Lagrange. En estos cinco lugares especiales de equilibrio entre la fuerza gravitacional del Sol y de la Tierra permite que un objeto sea estacionario en el sistema Sol-Tierra. Una nave espacial cerca de uno de estos puntos puede permanecer allí durante largos períodos de tiempo sin la necesidad de grandes maniobras.

LISA Pathfinder orbitará el punto L1, situado en 1,5 millones de kilómetros de la Tierra en la dirección del Sol. La fase operativa durará seis meses, pero podría extenderse hasta un año.

Tecnologia espacial de LISA Pathfinder

LISA Pathfinder utilizará tecnologías muy sofisticadas en el campo de los sensores gravitacionales, la propulsión eléctrica y láser. El objetivo de la misión es validar las tecnologías necesarias para detectar movimientos muy pequeños, una ciencia conocida como ‘la metrología de precisión’.

LISA Pathfinder probará las técnicas y equipos para detectar el movimiento relativo de los dos bloques sólidos que flotan libremente en el espacio con una precisión de 10 picómetros (1 Picómetro es igual a una millonésima de una millonésima parte de un metro).

Imagen:ESA
Imagen: ESA

LISA Pathfinder probará en vuelo el concepto de baja frecuencia de detección de ondas gravitacionales, va a poner dos masas de prueba en caída libre gravitatoria casi perfecta, y controlará y medirá su movimiento con una precisión sin precedentes. Para ello se utilizarán sensores inerciales, un sistema de metrología láser, un sistema de control y arrastre libre,  y un sistema de micro-propulsión ultra-preciso.

¿Qué tiene de especial LISA Pathfinder?

Prácticamente todo nuestro conocimiento sobre el Universo se basa en la observación de las ondas electromagnéticas, como la luz visible, infrarroja, ultravioleta, de radio, rayos X y rayos gamma. LISA Pathfinder allanará el camino a un método completamente diferente de observar el universo: la detección de ondas gravitacionales. Esto permitirá que los astrofísicos puedan abordar algunas de las preguntas más fundamentales sobre el Universo y, posiblemente, plantean otras nuevas, tales como la naturaleza de las ondas Inspirales y las fusiones de agujeros negros binarios, las más poderosas transformaciones de la energía en el Universo.

Imagen:ESA
Imagen: ESA

Con LISA Pathfinder, será probada por primera vez en el espacio la tecnología necesaria para detectar las ondas gravitacionales .

Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el espacio-tiempo predichas por la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein. La detección de ondas gravitacionales podría mejorar considerablemente nuestro conocimiento de la Relatividad General y permitirá a los científicos la detección de los eventos astronómicos que se cree que causan una distorsión minúscula en el tejido del espacio mismo.

Sólo posible en el espacio

LISA Pathfinder es una misión pionera. Estas nuevas tecnologías no pueden ser verificadas correctamente en el suelo. Esto se debe a la gravedad y el medio ambiente de la Tierra interfieren en los resultados de la prueba. Sólo en el espacio se pueden detectar los efectos de las ondas gravitatorias de baja frecuencia con instrumentos exquisitamente precisos.

Mayor precisión que nunca

Para hacer esto, LISA Pathfinder construirá un sistema inercial de referencia casi exacto en el que los científicos pueden medir la deformación del espacio-tiempo de una forma más precisa que nunca antes. Esto sentará las bases para futuras pruebas espaciales sobre de la Relatividad General.

La aplicación por primera vez de un sistema Micro-Newton de propulsión eléctrica

El sistema de control y arrastre libre a bordo de la nave espacial LISA Pathfinder consiste en un sensor inercial, un sistema de micro-propulsión proporcional y un sistema de control. La función del sensor inercial es monitorear los micro-movimientos de un cubo de 46 mm en Oro-Platino. Cuando el cubo, conocido como la masa de ensayo, se aleja de su posición cero, se envía una señal al sistema de control que se utiliza para comandar los propulsores de micro-propulsión que a su vez permiten permanecer centrada la nave espacial en la masa de ensayo. Es la primera vez que la ESA opera una nave espacial con tales propulsores Micro-Newton como el único mecanismo de propulsión.

Sensor de movimiento LTP

El sensor dentro de la LTP es sensible a los micro movimientos de la masa de ensayo, con respecto a la nave, tan pequeños como una millonésima parte de un milímetro (una nano-metros o 10-9m) . Sin embargo, el movimiento relativo de las dos masas de prueba dentro de la LTP se puede medir, utilizando interferometría láser ultra-precisa, a la asombrosa cifra de una milésima de la millonésima parte de un milímetro (un pico-metro o 10-12m).

Astronave LISA Pathfinder

LISA Pathfinder lleva dos instrumentos avanzados: La LTP (Paquete de tecnología LISA), una carga útil desarrollada por institutos y la industria europea. Contiene dos masas de prueba idénticas en forma de cubos de 46 mm de oro-platino. Deberán simular la disposición observacional para la misión LISA, con la diferencia de que la distancia entre las masas de prueba se redujo de 5.000.000 kilometros a 35 centímetros.

El Sistema de Reducción de Perturbaciones (DRS) es un experimento proporcionado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en California, que incluye también un conjunto de micro-misiles que apuntan a controlar la posición de la nave espacial para dentro de una millonésima parte de un milímetro.

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