ИСТИНА

Измерение тонких гравитационных эффектов с помощью квантовых стандартов частоты и времени, размещаемых на космических аппаратах, является активным направлением экспериментальных исследований по поиску отклонений от предсказаний общей теории относительности. В ближайшие 10-15 лет ожидается инструментальный прорыв, связанный с появлением бортовых оптических стандартов с точностью и относительной частотной стабильностью 10^{-18}. В экспериментах по измерению эффекта гравитационного замедления времени это позволит повысить точность оценки возможного нарушения локальной пространственной инвариантности до уровня 10^{-9} в относительных единицах. Это на 5 порядков лучше результата Gravity Probe A и, главное, уже позволит наложить ограничения на параметры ряда существующих теорий квантовой гравитации. Данный проект предлагает теоретическую разработку космического эксперимента повышенной точности по измерению эффекта гравитационного замедления времени. Предполагается получение следующих результатов: а) разработка концепции многоканальной линии связи спутник – наземная станция с относительной частотной стабильностью 10^{-19}; б) выбор оптимальной конфигурации космического и наземного сегментов (число спутников, параметры орбит, расположение наземных станций слежения); в) оценка точности эксперимента как функции числа спутников группировки; г) формулировка требований к точности эфемеридного обеспечения. Кроме фундаментальных приложений результаты такого исследования будут полезны при проектировании глобальных навигационных спутниковых систем нового поколения.

measurements of weak gravitational effects with quantum frequency standards

нный уровень на 5 порядков. Задачи: Разработка концепции нового поколения космических экспериментов по измерению эффекта гравитационного замедления времени с точностью 10^{-9}, основанных на перспективных бортовых стандартах частоты и времени с параметрами точности и относительной стабильности 10^{-18}. Анализ возможных конфигураций наземного и космического сегментов, построение бюджета ошибок эксперимента. Выработка рекомендаций по применению разработок к задаче осуществления миссии по измерению эффекта гравитационного замедления времени с точностью 10^{-9}. Выработка рекомендаций по возможным приложениям к решению задач спутниковой геодезии и постро ения нового поколения глобальных навигационных спутниковых систем.

У коллектива авторов проекта имеется многолетний опыт проведения исследований с использованием прецизионных оптико-механических измерений в рамках проекта ОГРАН (оптико-акустическая гравитационная антенна, Bagaev et al. 2014). Также авторский коллектив участвовал в создании прототипов гравитационных антенн предварительного (геофизического) уровня: твердотельного детектора с пьезо-регистрацией «Улитка» и 100-метрового лазерного интерферометра, размещенных в штольне Баксанской нейтринной обсерватории РАН (Руденко 1999). Среди оригинальных идей и предложенных группой методик, в частности, можно выделить: - разработку нелинейной методики обработки выходных данных для подавления негауссовых компонент шумов твердотельной антенны; - идею и детальную проработку метода измерения квазистатических вариаций наземного гравитационного градиента на большебазовых лазерных интерферометрах (реализована в проекте VIRGO). Коллектив имеет опыт участия в проведении прецизионного эксперимента по измерению эффекта гравитационного замедления времени в рамках проекта РадиоАстрон. В частности, разработаны концепция эксперимента, алгоритмы обработки данных и программное обеспечение (Biriukov et al. 2014). Также имеется опыт участия в разработке, эксплуатации и сопровождении аппаратуры наземного и космического сегментов космических миссий, в т.ч. работы с квантовыми стандартами частоты и времени, в рамках международных коопераций (VIRGO, ILRS, JIVE).

1) Физическое обоснование концепции многоканальной двунаправленной линии связи спутник – наземная станция и спутник – спутник с относительной частотной стабильностью 10^{-19}. Анализ шумов среды распространения (тропосферы, ионосферы, межпланетной среды). Выработка требований к количеству и частотам каналов, необходимых для обеспечения заданного уровня компенсации шумов. 2) Разработка концепции эксперимента по измерению эффекта гравитационного замедления времени с точностью 10^{-9} с помощью одного или нескольких спутников, оснащенных бортовыми квантовыми стандартами частоты со стабильностью 10^{-18}. Определение оптимальной конфигурации космического и наземного сегментов: количество спутников, параметры орбит, расположение наземных станций слежения. Формулировка требований к точности эфемеридного обеспечения миссии; выводы о возможности их выполнения с помощью имеющейся инфраструктуры (отечественных и зарубежных сетей станций слежения радио - и оптического диапазона, лазерной локации, глобальных навигационных систем). 3) Выработка рекомендаций по применению созданных теоретических разработок к задачам: а) осуществления миссии по измерению эффекта гравитационного замедления времени с точностью 10^{-9}; б) спутниковой геодезии; в) построения нового поколения глобальных навигационных спутниковых систем с миллиметровой точностью. 4) Публикация результатов в ведущих научных журналах и их доклад на международных конференциях.