ESA ontwikkelt ultragevoelige versnellingsmeter

Bij de Europese ruimtevaartorganisatie ESA wordt een ultragevoelige versnellingsmeter ontwikkeld. Deze wordt in de toekomst gebruikt in het project 'Aristoteles': een satelliet die het gravitatieveld van de aarde heel gedetailleerd in kaart moet brengen. De sterkte van dit veld varieert van plaats tot plaats, maar ook in de loop van de tijd. Uit de gemeten variaties tijdens omlopen rond de aarde kan informatie worden afgeleid over de fysische en chemische eigenschappen van de mantel en de kern van de aarde.

Het hart van de versnellingsmeter bestaat uit een blokje van 4 x 4 x 1 cm, gemaakt van een legering van platina en rodium. Deze testmassa zweeft in een elektrostatisch veld in een kooi van ultrastabiel glaskeramisch materiaal. Het veld wordt opgewekt door vlakke elektroden langs de binnenwanden van de kooi. De afstand tussen elektroden en testmassa bedraagt 0,3 mm. Door middel van terugkoppelingen worden met dezelfde elektroden de krachten gemeten die nodig zijn om de testmassa precies in het centrum van de kooi te houden.

In het gravitatie-instrument van Aristoteles, Gradio geheten, bevinden zich straks vier van zulke versnellingsmeters, op onderlinge afstanden van ongeveer een meter. Minieme verschillen in de sterkte van de zwaartekracht ter plekke van de satelliet hebben tot gevolg dat de vier testmassa's iets verschillende banen willen gaan beschrijven. Daardoor zijn er verschillende krachten nodig om ze op hun plaats in hun kooi te houden. Het zijn deze verschillen in elektrostatische krachten die informatie geven over de structuur van het gravitatieveld.

In hun baan om de aarde zijn de versnellingsmeters gewichtloos, maar op aarde is die toestand lastig te verwezenlijken. Dat bemoeilijkt natuurlijk het testen van de instrumenten. Nog storender zijn de altijd aanwezige trillingen aan het aardoppervlak. Daarom heeft men een speciale opstelling ontworpen en gebouwd: in feite een trillingsvrij en exact horizontaal hangende testbank. De metingen daarop laten zien dat de instrumenten inderdaad de verwachte gevoeligheid hebben, zo meldt het juninummer van ESA's kwartaalblad Preparing for the Future. De instrumenten kunnen versnellingen meten van minder dan 1 pico-g, dat wil zeggen minder dan een duizendmiljardste van de versnelling van de zwaartekracht op aarde.