• laser interferometer system modelling drag-free sa

LISA Pathfinder is the mission that will test the general
concepts and technologies needed for LISA, the Laser
Interferometer Space Antenna for the detection of gravitational
waves. The spacecraft will fly a European payload called LISA
Technology Package (LTP) and a similar US-supplied package
developed for NASA by the Jet Propulsion Laboratory in Pasadena.
The LTP contains two test masses whose position and attitude
relative to the housing/satellite are measured electrostatically,
as well as using a laser interferometer; the main technical goal
for the mission is to demonstrate that a test mass can be put in
pure gravitational free-fall within one order of magnitude from
the requirements for LISA. To ensure that the test
masses are flying in a disturbance-free motion along their
geodesics, challenging performance requirements with respect to
internal and external disturbance rejection must be satisfied by
an overall Drag-Free-System. Detailed simulations are
needed in order to ensure mission success and an End-to-End
simulator is currently under development that aims at verifying
the on-orbit performance of both spacecraft and payload. Since the
performance of the laser interferometer system is expected to
deeply affect the dynamic of both spacecraft and payload, a more
detailed model of the measurements of test masses' position and
attitude needs to be derived and is developed within this work.
Particularly, the architecture of a complete, integrated model of both optics and
electronics has been identified and developed; it allows for
implementing high frequency tasks performed by the system into a
low frequency End-to-End environment and simulating main noise
sources and non-linearities at the level of scientific/technical
requirements. Models have been implemented, mainly, in form of
C/C++ functions (integrated into the SIMULINK environment) and
results prove the feasibility of a sufficiently detailed model of
the laser interferometer system that can run into the performance
simulator.
LISA Pathfinder è la missione che verificherà soluzioni e
tecnologie necessarie alla realizzazione di LISA, Laser
Interferometer Space Antenna per il rilevamento delle onde
gravitazionali. Il carico pagante è costituito dal LISA
Technology Package (LTP) e da un analogo modulo sviluppato dal
Jet Propulsion Laboratory per conto di NASA. L' LTP contiene
due masse di prova la cui posizione e il cui assetto vengono
misurati sia elettrostaticamente che attraverso un sistema di
interferometria laser; il principale obiettivo della missione è
dimostrare che è possibile ottenere un moto di quasi perfetta
caduta libera per una delle masse entro un certo livello di
progetto per la densità spettrale di potenza della accelerazione
corrispondente a rilassare di un ordine di grandezza il requisito
per LISA.
Per far in modo che il moto delle masse, esente nominalmente da possibili disturbi, avvenga
lungo le geodetiche, è necessario che stringenti requisiti di
riduzione di effetti di perturbazione siano soddisfatti da un
Drag-Free-System.
Simulazioni dettagliate sono necessarie allo scopo di
assicurare il successo della missione e un simulatore End-to-End è
attualmente in fase di sviluppo. Poichè la risposta del sistema di
interferometria laser influenza direttamente la dinamica del
satellite e dei sensori inerziali, un modello dettagliato del
sistema di misura di posizione e assetto delle masse di prova deve
essere derivato ed è sviluppato nell' ambito di questa tesi.
In particolare, è stato identificata e sviluppata la architettura di un modello
completo ed integrato dei componenti ottici ed elettronici
(analogici e digitali) che costituiscono la unità di
interferometria laser; esso consente di implementare funzioni ed
operazioni ad alta frequenza in un simulatore End-to-End a bassa
frequenza e di simulare le principali sorgenti di rumore e
non-linearità al livello dei requisiti scientifici e tecnici
definiti per la missione. I modelli sono stati implementati in
forma di funzioni C/C++ integrate in SIMULINK e i risultati
dimostrano che è possibile simulare il sistema in modo
adeguatamente accurato ad un costo computazionale compatibile con
un ambiente End-to-End.