Звездные волны: лазерные спутники изучат гравитацию
Россия и Китай создадут космическую лабораторию в виде гигантского интерферометра для изучения гравитационных волн. В рамках проекта предполагается запуск трех оснащенных научным оборудованием спутников на орбиту высотой в 100 тыс. км. Аппараты свяжут между собой лазерными лучами, объединив их в единую измерительную систему. За счет размещения в космосе ее чувствительность значительно превзойдет точность наземного оборудования, на которое влияют сейсмические шумы. В результате эксперимента ученые рассчитывают получить новую информацию о двойных звездах и черных дырах. Они также надеются зафиксировать сигнал от Большого взрыва, с которого теоретически началось зарождение Вселенной.
Три «Карата»
Предсказанные Эйнштейном в 1916 году гравитационные волны были открыты почти век спустя. С помощью гигантского лазерного интерферометра LIGO ученым удалось зафиксировать возмущение гравитационного поля — оно было вызвано слиянием двух черных дыр. Однако дальнейшему изучению данного явления сейчас препятствуют особенности проведения наземных экспериментов, в ходе которых в работу оборудования неизбежно вмешиваются посторонние сейсмические шумы, влияющие на точность измерений.
Избежать данного эффекта можно, разместив интерферометр в космосе. В частности, такую цель поставила перед собой российско-китайская группа ученых, которая планирует собрать сверхточный прибор из трех спутников, отправленных на орбиту Земли.
— Аппараты предлагается запустить с помощью ракеты «Союз» на круговую геоцентрическую орбиту высотой в 100 тыс. км, после чего их нужно будет рассредоточить в пространстве для проведения наблюдений, — рассказал начальник отдела перспективных исследований НПО им. Лавочкина Валентин Сысоев. — С этой задачей может справиться разгонный блок «Фрегат».
Вскоре после этого на спутниках запустят научное оборудование, работа которого объединит их в единую измерительную систему.
— В процессе эксперимента аппараты будут связаны лазерными лучами, определяющими расстояние между ними с точностью до нескольких пикометров (триллионная доля метра), — отметил заведующий лабораторией лазерных интерферометрических измерений Астрономического института им. Штернберга МГУ Вадим Милюков. — Главной целью наблюдений будет фиксация изменения расстояния в рамках двух пар спутников (с одним общим), поскольку именно оно позволит судить о наличии гравитационных волн и их характеристиках.
Таким образом, за счет отсутствия посторонних сейсмических шумов в космосе удастся повысить точность измерений, а также впервые провести исследование низкочастотных гравитационных колебаний.
Впрочем, для достижения таких результатов ученым еще предстоит решить ряд технических проблем, связанных с орбитальными наблюдениями.
— Помимо измерительного оптико-электронного оборудования, включающего в себя излучатели и фотоприемники, на спутнике должен присутствовать акселерометр особой конструкции. Он оснащен специальным зеркалом с удерживающей электростатической системой, которое будет отражать лазерный луч, — пояснил Валентин Сысоев. — С его помощью прибор станет отслеживать все микроколебания аппарата (они могут помешать высокоточным измерениям) и передавать управляющие сигналы на электрические микродвигатели, компенсирующие его снос.
По словам эксперта, такие двигатели и системы управления космической техникой уже разрабатывают российские ученые. Если же говорить про базовый аппарат для установки научного оборудования, то им предлагают сделать малый спутник серии «Карат», который является унифицированной платформой НПО Лавочкина. Для их отправки на орбиту достаточно одного запуска «Союза» с разгонным блоком «Фрегат».
Поймать волну
С помощью космического интерферометра физики и астрономы смогут более подробно изучить процессы, происходящие с источниками гравитационных волн — сверхмассивными двойными черными дырами и двойными звездами. Кроме того, прибор способен зафиксировать возмущения гравитационного поля, которые произошли от Большого взрыва в момент зарождения Вселенной — это может дать новую информацию об особенностях ее развития.
— Сейчас астрономы регулярно регистрируют гравитационные волны на наземном оборудовании, которые свидетельствуют о космических катастрофах, — отметил руководитель Гравитационно-волновой лаборатории МГТУ им. Н.Э. Баумана Владислав Пустовойт. — При этом изучение волн космической антенной позволит обнаружить их в новых спектральных диапазонах, а в перспективе — зафиксировать сигналы от удаленных объектов.
В настоящее время проект по созданию космической антенны развивается в рамках соглашения о сотрудничестве между МГУ им. Ломоносова и Университетом Сунь Ятсена (Гуанчжоу, Китай). Кроме того, в нынешнем году к нему готовится присоединиться НПО Лавочкина — ожидается, что это произойдет после заключения соответствующего договора с госкорпорацией «Роскосмос».
Эксперты отмечают, что российско-китайский проект должен вступить в прямую конкуренцию с аналогичной инициативой Европейского космического агентства и NASA — LISA (Laser Interferometer Space Antenna).
Планируется, что российско-китайская обсерватория будет запущена на орбиту в 2034 году после нескольких тестовых экспериментов, во время которых будут отработаны необходимые технологии. На эту же дату ориентируются и конкуренты.
