Tyngdkraftssond B | |
---|---|
Konstnärens syn på rymdfarkosten Gravity Probe B | |
Kund | NASA |
Tillverkare | lockheed martin |
Uppgifter | kontrollera effekterna av allmän relativitet |
Satellit | Jorden |
startplatta | Vandenberg bas |
bärraket | Delta-2 |
lansera | 20 april 2004 16:57:26 UTC |
COSPAR ID | 2004-014A |
SCN | 28230 |
Orbitala element | |
Humör | 90° |
Cirkulationsperiod | 97,6 min |
apocenter | 645 km |
pericenter | 641 km |
einstein.stanford.edu | |
Mediafiler på Wikimedia Commons |
Gravity Probe B ( GP-B ) är ett amerikanskt rymduppdrag för att mäta de extremt svaga effekterna av den geodetiska precessionen av gyroskop i jordens omloppsbana och indragningen av tröghetsreferensramar genom jordens rotation, vilket förutsägs av Einsteins allmänna teori om relativitet . Utvecklingen av dewar , behållare för vetenskaplig instrumentering och elektronisk utrustning för GP-B utfördes av avdelningen för ny teknik i företaget Lockheed Martin . Stanford University valde Lockheed Martin Missiles & Space , Sunnyvale, för att tillverka själva rymdfarkosten .
Satelliten sköts upp den 20 april 2004, datainsamlingen började i augusti 2004. Satelliten arbetade i omloppsbana i totalt 17 månader och avslutade sitt uppdrag den 3 oktober 2005 . Bearbetning av de erhållna uppgifterna utfördes fram till maj 2011 och bekräftade förekomsten och omfattningen av effekterna av geodetisk precession och drag av tröghetsreferensramar, dock med en noggrannhet något mindre än vad som ursprungligen antogs.
Gravity Probe B-satelliten bar de mest exakta gyroskopen i världen hittills. Noggrannheten i mätningarna av axelns position gör det möjligt att upptäcka två effekter som förutsägs av den allmänna relativitetsteorin:
Geodesisk precession uppstår på grund av jordens krökning av rum-tid . I ett krökt utrymme, om du omger en vektor längs en stängd kontur, kommer den inte att återgå till sin ursprungliga position, utan kommer att ändra riktning med någon vinkel (se parallellöversättning ). I det här fallet spelas vektorns roll av gyroskopets spinn , och satellitbanan fungerar som en sluten slinga. För GP-B-parametrarna, enligt beräkningar, bör den totala avböjningsvinkeln vara 6,6 bågsekunder per år. Spinnavböjning bör observeras i planet för satellitens omloppsbana.
Precessionen för den andra typen är två storleksordningar svagare och uppstår på grund av rymdens indragning av jordens rotation. Om du placerar ett horisontellt roterande gyroskop vid jordens pol, kommer det att börja en mycket långsam precession i jordens rotationsriktning (moturs vid nordpolen ). Intressant nog bör det omvända observeras vid ekvatorn: utrymmet närmare jorden dras mer, och precessionen bör ske i den andra riktningen, medurs, sett från nordpolen. För GP-B bör precession på grund av tröghetsbilddragning vara cirka 0,014 bågsekunder per år.
Idén med experimentet är ganska enkel. Ett system med fyra gyroskop är stelt fäst vid satellitens huvudteleskop , teleskopet riktas mot den ledande stjärnan och hålls i en strikt fixerad riktning under hela flygningen. Först snurras gyroskopen så att deras axlar sammanfaller med huvudteleskopets axel. Den mikroskopiska felinriktningen av axlarna kan sedan mätas med hjälp av SQUID (Superconducting Quantum Interference Device). Förskjutningen av gyroskopaxlarna mätt på detta sätt kommer endast att bero på de förväntade effekterna - geodetisk precession och drag av tröghetskoordinatsystemet.
Satelliten rör sig i en driftfri bana. Detta innebär att satellitens omloppsbana ständigt (med en frekvens på 10 gånger per sekund) justeras efter rörelsen av masscentrum för ett av gyroskopen, som liksom de andra tre är skyddat från alla yttre påverkan (atmosfären) , Jordens magnetfält , solljustryck, etc. .), förutom interaktionen med gravitationsfältet. Satellitkoordinater registreras med GPS- systemet . Gyroskop roterar med en vinkelhastighet på cirka 4000 varv per minut. De är upphängda elektrostatiskt på ett avstånd av bråkdelar av en millimeter från kavitetens väggar. För att undvika kontakt mellan gyroskopet och väggarna, korrigeras hålrummets position i förhållande till gyroskopet 220 gånger per sekund.
Rotorerna på GP-B gyroskop är gjorda så perfekta att möjligheten till precession på grund av mekaniska defekter eller elektriska krafter kan uteslutas från övervägande. Enheten kan fixera förskjutningen av axlarna upp till 0,5 millisekunders vinkelbåge per år. Som jämförelse kommer denna vinkel att vara ungefär lika med den vinkel vid vilken ett människohår är synligt från ett avstånd av 32 km. Enligt newtonsk mekanik upplever inte ett perfekt sfäriskt gyroskop i frånvaro av yttre krafter precession, det vill säga om dess axel i början var riktad mot en viss stjärna, kommer den alltid att förbli i denna position. 1960 beräknade Dr Leonard Schiff från Stanford University, på basis av Einsteins ekvationer och rörelseekvationerna för en partikel med spinn, härledd av Papapetrou ( Papapetrou-Dixon equations ), precessionen för axlarna för gyroskop och föreslog att genomföra ett experiment, antingen i ett laboratorium på jorden eller i rymden. Av hans beräkningar följde att effekten i laboratoriet skulle vara flera storleksordningar mindre, så orbitalexperimentet var mer att föredra.
GP-B lanserades den 20 april 2004 kl. 09:57:24 från Vandenberg Air Force Base . Delta -2 bärraketen lanserade rymdfarkosten i en nästan cirkulär cirkumpolär bana med en höjd av ~642 km. Solpanelerna sattes in enligt schemat, 66 minuter efter uppskjutningen, och uppskjutningsnoggrannheten var så hög att ingen ytterligare omloppskorrigering krävdes.
Den första fasen av uppdraget, initialiserings- och kalibreringsfasen, varade i fyra månader. Under denna period initierades och förbereddes alla satellitinstrument och sensorer för drift, kalibrerades och testades. Det fanns vissa problem med två av mikromotorerna på grund av mikropartikelkontamination, men de korrigerades genom att göra justeringar av attitydkontrollsystemets programvara. Efter det gjorde teleskopet en mikrokorrigering av orienteringen till referensstjärnan IM Pegasus på varje bana, som flög över nordpolen, utan problem.
I augusti 2005 gick GP-B in i den vetenskapliga fasen, som varade i 353 dagar. Datainsamling genomfördes från mer än 9 000 sensorer och registrerades på en speciell inbyggd brännare, som innehöll upp till 15 timmars kontinuerlig skanning av utrustningens status och data från sensorer. Rymdfarkosten utbytte med jämna mellanrum information med operationskontrollcentret vid Stanford University genom ett nätverk av NASA-telemetrisatelliter och en serie markspårningsstationer. Efter ett år av intensiv informationsinsamling genomfördes det sista steget av tester av utrustning ombord, vilket tog 46 dagar. Totalt samlat in cirka en terabyte information. Databehandlingen fortsatte till 2011.
![]() |
---|
Lockheed och Lockheed Martin Corporation | Flygplan och rymdteknik från|
---|---|
Fighters | |
Trummor | F-117 Nighthawks |
Militär transport | |
Intelligens | |
Passagerare | |
tungt beväpnad | AC-130 Spectre |
generell mening | |
Träning | |
Patrullera | |
Obemannad | |
Helikoptrar |
|
rymdskepp | |
satelliter | |
Militära satelliter | |
Starta fordon |