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Dr. Benjamin Knispel
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Bestnoten für LISA Pathfinder ‒ Entwicklungsphase abgeschlossen

Nach Begutachtung der gesamten Satellitenmission erreicht die Testmission für den weltraumbasierten Gravitationswellendetektor LISA wichtigen Meilenstein.

23. September 2010

Zum Abschluss der Entwicklungsphase wurde LISA Pathfinder (LPF) auf Herz und Nieren geprüft und mit großem Erfolg bestätigt: Das gesamte Konzept - von den wissenschaftlichen Instrumenten über das Betriebssystem bis hin zur Hardware ‒ hielt dem so genannten ‚Critical Design Review’ der ESA-Gutachter stand. Der Mission LISA Pathfinder, die Ende 2012/Anfang 2013 starten soll, steht nun nichts mehr im Wege.

Das Critical Design Review fand auf dem Gelände des European Space Research and Technology Centre (ESTEC) der European Space Agency (ESA) im niederländischen Noordwijk statt.

Gravitationswellen künden von Sternexplosionen, vom Zusammenprall Schwarzer Löcher und sogar vom Urknall selbst. Der satellitengestützte Gravitationswellendetektor LISA (Laser Interferometer Space Antenna) soll ab 2020 unter anderem Gravitationswellen verschmelzender Schwarzer Löcher im Weltall beobachten. Im Zusammenspiel mit anderen astronomischen Methoden und den Gravitationswellenobservatorien auf der Erde wird man dann bisher noch unbekannte Bereiche, die sogenannte „Dunkle Seite des Universums“, beobachten können.

Mit LISA Pathfinder soll ab Ende 2012 die Technologie zur Messung von Gravitationswellen im All getestet werden. Deshalb stand jetzt die gesamte Mission auf dem Prüfstand:

  • das hochempfindliche Lasersystem zur Interferometrie,
  • das Konzept der frei schwebenden Testmassen,
  • die zur Datenübertragung nötige Software
  • die Kontrollsysteme, die Datenauswertung sowie
  • die Rakete, das Bodensegment, die Satellitensteuerung und die Missionslogistik.

„LISA Pathfinder ist eine einzigartige Mission, der Satellit ist ein Meisterstück. Einmal gestartet, können wir ihn nicht zurückholen, um etwas zu reparieren oder zu verbessern. Wir müssen daher sicher sein, dass alle Komponenten den Belastungen während des Starts und des Fluges stand halten und so zusammen funktionieren, wie wir es geplant haben“, erklärt Prof. Dr. Karsten Danzmann, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik und Leiter des Instituts für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover. „Deshalb überprüfen wir mit der ESA und unabhängigen Gutachtern die gesamte Mission seit den ersten Ideen immer wieder und in allen Entwicklungsstufen.“

Hintergrundinformationen

LISA Pathfinder ‒ Entwicklung und Test der LISA-Schlüsseltechnologien
Mit LISA Pathfinder werden die speziell für LISA entwickelten Technologien auf ihre Weltraumtauglichkeit getestet. Dafür wird gewissermaßen ein Laserarm der drei geplanten LISA Satelliten von 5 Millionen Kilometern auf etwa 30 Zentimeter geschrumpft und die Versuchsanordnung in nur einem Satelliten untergebracht. Jeder spätere LISA Satellit wird zwei Laserinterferometer und eine spezielle Testmasse enthalten. Die Laserinterferometer werden auf die beiden anderen Satelliten ausgerichtet sein und winzige Änderungen im Abstand zwischen den Testmassen mit einer Genauigkeit von ungefähr einem Picometer (1pm = 10-12 m) messen können.

Die wissenschaftlichen Instrumente dieser Technologien sind in zwei z. T. komplementären Nutzlastpaketen enthalten:

  • dem LTP (LISA Technology Package, ESA) und
  • dem DRS (Disturbance Reduction System, NASA).


Das LTP wird von einem europäischen Firmenkonsortium (D, I, UK, ES, NL, CH, F) unter Federführung von EADS Astrium Friedrichshafen gebaut und enthält:

  • Inertialreferenzsensoren zur Messung und Kontrolle der Positionen der Testmassen relativ zum Satelliten,
  • Laserinterferometrie zur Positionsbestimmung der Testmassen relativ zueinander und zum Satelliten,
  • ein Drag-Free Control System (DFACS) zur feinen Lageregelung des Satelliten relativ zu den Testmassen mit Hilfe von Mikro-Newton Ionen-Triebwerken.


Das Herzstück von LISA Pathfinder
Die ersten beiden Messsysteme bilden zusammen das Optical Measurement System (OMS), das Herzstück der Nutzlast von LISA Pathfinder.

Es besteht aus Lichtquelle (Infrarot-Laser bei 1064 nm mit einer Leistung von 40 mW), optischer Bank, Ansteuerelektronik und Regelungssoftware. Auf der optischen Bank durchläuft der Laserstrahl ein komplexes System von Spiegeln und Strahlteilern, die zusammen ein Laserinterferometer bilden, mit dem genaueste Abstandsmessungen zwischen Testmasse und Satelliten und auch zwischen den beiden Testmassen selbst durchgeführt werden. Mit einer ähnlichen Methode werden dann ab 2020 bei der eigentlichen LISA Mission Gravitationswellen nachgewiesen, die den 5 Millionen km großen Abstand der Satelliten von einander ändern. Die Data Management Unit (DMU) steuert das OMS, sammelt und sortiert die Daten und führt eine erste Analyse durch.

Nachdem die einzelnen Komponenten des OMS von unterschiedlichen Herstellern gebaut wurden, werden alle Bestandteile nun nach und nach ausgeliefert und in einer weiteren Testkampagne bei sog. Integrationstests am AEI in ihrem Zusammenspiel auf Herz und Nieren überprüft.

Der LISA Pathfinder Satellit selbst, also die Hülle der Nutzlast, wird im Auftrag der ESA vom Europäischen Luft- und Raumfahrtkonzern EADS Astrium bei Astrium/Großbritannien in Stevenage gebaut. Eines der Nutzlastpakete, das LISA Technology Package LTP, wird von Astrium in Deutschland mit Unterstützung verschiedener Unterauftragsnehmer ‒ darunter Tesat Spacecom GmbH ‒ hergestellt.

 
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