• integrated optics
• self-gravity
• drag-free satellite
• gravitational waves
• laser interferometry
• PSD
• end-to-end simulation
• Thermo-elastic distortion

LISA Pathfinder, in precedenza nota come
SMART-2, è la missione test per le nuove tecnologie necessarie per
il progetto LISA (Laser Interferometer Space Antenna) per la
rivelazione delle onde gravitazionali. Il carico pagante della
missione LISA Pathfinder è costituito dal LTP (LISA Technology
Package), contenente due masse test. La missione ha un obiettivo
tecnico principale: dimostrare di poter ottenere una quasi
perfetta caduta libera di una delle masse test, limitando a un
certo livello di progetto la densità spettrale di potenza
dell'accelerazione della massa test stessa; tale dimostrazione è
effettuata mediante un sistema di riduzione dei disturbi che
include una unità di metrologia interferometrica. Poichè le
prestazioni reali del satellite possono essere verificare solo in
orbita, è necessario effettuare simulazioni
end-to-end
altamente dettagliate in modo da garantire il successo della
missione LISA Pathfinder.

Il contributo dominante ai disturbi alla caduta libera delle masse
test è costituito dall'auto-gravità, ovvero le azioni
gravitazionali esercitate sulle masse test dal resto del
satellite. E' necessario, quindi, realizzare una accurata
modellizzazione dell'auto-gravità, in modo da minimizzare i campi
e i gradienti gravitazionali in corrispondenza delle masse test.
Uno strumento per il calcolo dell'auto-gravità è stato sviluppato:
esso calcola l'accelerazione lineare ed angolare, nonchè i
gradienti di accelerazione (rigidezza) su ciascuna massa test,
causati dal campo di auto-gravità; l'input a tale strumento è
fornito dalla distribuzione di massa dei nodi del modello agli
elementi finiti. L'analisi delle azioni di auto-gravità deve anche
prendere in considerazione le deformazioni di natura
termo-elastica poichè ogni deformazione del satellite implica un
cambiamento nel campo di auto-gravità. L'approccio presentato in
questo lavoro valuta i cambiamenti nell'auto-gravità causati dalle
deformazioni termo-elastiche sulla base di fattori di sensibilità
dell'auto-gravità stessa rispetto a spostamenti di gruppi di masse
nodali. Mediante questa strategia è possibile ottenere una
considerevole semplificazione del modello che consente di
effettuare simulazioni end-to-end.

Il sistema di metrologia interferometrica per la misurazione della
posizione delle masse test si basa su una straordinaria stabilità
della posizione degli elementi ottici; un qualsiasi spostamento di
un elemento ottico si traduce in un rumore nella misurazione
interferometrica. Un'analisi del sistema di metrologia che tiene
conto delle deformazioni termo-elastiche è quindi indispensabile.
In maniera analoga a quanto fatto per l'auto-gravità, tale studio
è effettuato per mezzo di fattori di sensibilità che mettono in
relazione lo spostamento delle superfici ottiche con il rumore
nella misurazione.