3. Dezember 2015

Auf den Spu­ren von Al­bert Ein­stein: LI­SA Pa­th­fin­der er­folg­reich ge­star­tet

Start von LI­SA Pa­th­fin­der an Bord ei­ner Ve­ga-Ra­ke­te
Bild 1/5, Credit: ESA/Stephane Corvaja.

Start von LISA Pathfinder an Bord einer Vega-Rakete

Am 3. De­zem­ber 2015 star­te­te die Son­de LI­SA Pa­th­fin­der vom eu­ro­päi­schen Welt­raum­bahn­hof Kou­rou in Fran­zö­sisch-Gu­ya­na.
LI­SA Pa­th­fin­der wird frei­ge­ge­ben
Bild 2/5, Credit: ESA/ATG medialab.

LISA Pathfinder wird freigegeben

Die Nutz­last­ver­klei­dung - die so­ge­nann­te Fai­ring - wird ab­ge­wor­fen (künst­le­ri­sche Dar­stel­lung) und die Raum­son­de LI­SA Pa­th­fin­der nimmt Kurs auf ihr Ziel: den La­gran­ge-Punkt 1. Die­ser Punkt be­fin­det sich rund 1,5 Mil­lio­nen Ki­lo­me­ter von der Er­de ent­fernt in Rich­tung Son­ne und bie­tet idea­le Be­din­gun­gen für den wis­sen­schaft­li­chen Be­trieb von LI­SA Pa­th­fin­der bei na­he­zu kon­stan­ten Kräf­te­ver­hält­nis­sen, Tem­pe­ra­tu­ren und ge­ringst­mög­li­chen Stö­run­gen. Al­ler­dings lässt sich die Son­de nicht über län­ge­re Zeit ex­akt im L1 hal­ten, son­dern wird sich auf ei­ner Hal­o­bahn um die­sen her­um be­we­gen. Die­se Bahn kann die Son­de ei­ni­ge 100.000 Ki­lo­me­ter vom Ide­al­punkt weg­füh­ren.
Si­mu­lier­te Gra­vi­ta­ti­ons­wel­len
Bild 3/5, Credit: NASA.

Simulierte Gravitationswellen

Com­pu­ter­si­mu­la­ti­on ab­ge­strahl­ter Gra­vi­ta­ti­ons­wel­len: Wenn al­les nach Plan ver­läuft, eb­net die LI­SA Pa­th­fin­der-Tech­no­lo­gie­de­mons­tra­ti­on den Weg, ab 2034 mit eLI­SA Gra­vi­ta­ti­ons­wel­len di­rekt im Welt­all zum Bei­spiel von zwei mit­ein­an­der ver­schmel­zen­den Schwar­zen Lö­chern nach­zu­wei­sen. Die­se Er­eig­nis­se sind mit her­kömm­li­chen astro­no­mi­schen Me­tho­den nur sehr schwer zu er­for­schen, weil sie nur we­nig Licht aus­strah­len und zu­dem meist sehr weit von der Er­de ent­fernt sind.
Das LI­SA Tech­no­lo­gy Packa­ge
Bild 4/5, Credit: ESA/ATG medialab.

Das LISA Technology Package

Im Zen­trum der Missi­on steht das LI­SA Tech­no­lo­gy Packa­ge (LTP). Es be­steht aus den bei­den Test­mas­sen (gol­de­ne Wür­fel), den sie um­ge­ben­den "Elec­tro­de Hou­sings", der op­ti­schen Bank (Bild­mit­te) und den In­er­ti­al­sen­so­ren, die al­le hoch­gra­dig schwin­gungs- und tem­pe­ra­tu­ri­so­liert im LTP auf­ge­hängt sind. Dar­über hin­aus ist ei­ne emp­find­li­che Mess- und Steu­e­r­elek­tro­nik (das op­ti­sche Mess­sys­tem) mit ei­ge­nem Nutz­last­com­pu­ter not­wen­dig. Die schwie­ri­ge Auf­ga­be, al­le Teil­kom­po­nen­ten zu ei­nem funk­tio­nie­ren­den Ge­samt­sys­tem zu­sam­men zu füh­ren, über­nahm die Air­bus De­fence & Space (frü­her EADS Astri­um GmbH) in Fried­richs­ha­fen. Das Un­ter­neh­men wur­de zu­dem mit der Ge­samt­ko­or­di­na­ti­on der LTP-Ent­wick­lung be­auf­tragt.
Ein­schluss in die Nutz­last­ver­klei­dung
Bild 5/5, Credit: ESA/M. Pedoussaut.

Einschluss in die Nutzlastverkleidung

Die LI­SA Pa­th­fin­der-Raum­son­de wird am eu­ro­päi­schen Welt­raum­bahn­hof in Kou­rou (Fran­zö­sisch-Gu­ya­na) in die Nutz­last­ver­klei­dung in­te­griert.

Am 3. Dezember 2015 ist die Sonde LISA Pathfinder um 5.04 Uhr Mitteleuropäischer Zeit an Bord einer Vega-Rakete vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou (Französisch-Guyana) ins All gestartet. Mehr als zehn Jahre lang dauerte die Vorbereitung dieser ESA-Mission zur wissenschaftlichen Technologie-Erprobung, die einzigartige Anforderungen an Nutzlast und Sonde stellt. Das Raumfahrtmanagement im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) und die Max-Planck-Gesellschaft finanzieren den deutschen Beitrag zu DLR LI­SA Pa­th­fin­der.

Wegbereiter für das Gravitationswellen-Observatorium eLISA

"LISA Pathfinder wird im Weltraum wichtige Technologien für das von der Europäischen Weltraumorganisation ESA geplante Gravitationswellen-Observatorium eLI­SA (evolved Laser Interferometer Space Antenna) erproben. Dessen Funktions- und Leistungsfähigkeit kann auf der Erde nicht oder nur eingeschränkt getestet werden", erläutert Hans-Georg Grothues, LISA Pathfinder-Projektleiter im DLR. eLISA soll ab 2034 Gravitationswellen aus dem Weltraum "beobachten" und damit den energiereichsten und heftigsten astrophysikalischen Ereignissen unseres Universums auf die Spur kommen.

Gravitationswellen wurden durch den deutschen Physiker Albert Einstein erstmals 1916 auf der Grundlage seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorausgesagt, die nahezu auf den Tag genau vor einhundert Jahren, am 25. November 1915, veröffentlicht wurde. Die Gravitationswellen sollen von eLISA mit Hilfe einer Laserinterferometrie zwischen drei Sonden nachgewiesen und gemessen werden. Diese werden rund zwei Millionen Kilometern voneinander entfernt in einem Dreieck angeordnet sein.

Technologieerprobung 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt

Wenn LISA Pathfinder nach rund zwei Monaten an ihrem Ziel, dem Lagrangepunkt L1, angekommen ist, kann die eigentliche Mission beginnen. Im Lagrangepunkt halten sich die Gravitationskräfte von Sonne und Erde die Waage, lediglich geringfügig gestört durch den Mond und die Planeten. Der Punkt befindet sich rund 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt in Richtung Sonne. Hier herrschen nahezu konstante Kräfteverhältnisse, Temperaturen und geringstmögliche Störungen - ideale Bedingungen für die Technologieerprobung.

Im Inneren des Wissenschaftsmoduls - im sogenannten LI­SA Tech­no­lo­gy Packa­ge (LTP) - werden zwei kleine würfelförmige Testmassen - bestehend aus einer Gold-Platin-Legierung mit einer Kantenlänge von 46 Millimetern und einer Masse von zwei Kilogramm - freigegeben und driften dann freischwebend in der Sonde - fast vollständig unbeeinflusst von Störungen durch die Sonde selbst und die Außenwelt. Die verbleibenden Einflüsse auf diese beiden Testmassen werden durch eine hochpräzise Lagekontrolle mit Hilfe spezieller Mikro-Newton-Triebwerke ausgeglichen. Abstand und Ausrichtung der beiden Testmassen werden durch ein Laserinterferometer sowie durch Inertialsensoren mit einer Genauigkeit von weniger als zehn Pikometern - das ist weniger als ein Zehnmillionstel eines Haardurchmessers - bestimmt.

Simulation von eLISA auf engstem Raum

LISA Pathfinder soll nun nachweisen, dass die Inertialsensoren, die Laserinterferometrie und die Stabilitätskontrolle wie vorgesehen betrieben werden können. Die beiden würfelförmigen Testmassen werden dabei die frei schwebenden, so genannten Endspiegel des späteren Laserinterferometers von eLISA simulieren. Anders als bei eLISA, wo die Spiegel, verteilt auf drei Raumsonden rund zwei Millionen Kilometer voneinander entfernt angeordnet sein werden, beträgt deren Abstand bei LISA Pathfinder nur etwa 40 Zentimeter. Neben dem LTP befindet sich eine zweite Nutzlast an Bord von LISA Pathfinder: das so genannte "Di­stur­ban­ce Re­duc­ti­on Sys­tem" (DRS) des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA. Gezeigt werden soll so, dass die Testmassen als nahezu störungsfrei "aufgehängte" Spiegel eines Laserinterferometers in einem zukünftigen Gravitationswellen-Observatorium wie eLISA dienen können.

Das LISA Pathfinder-Team

Neben der ESA sind an LISA Pathfinder Forschungseinrichtungen und Industriefirmen aus Italien, Deutschland, Großbritannien, Spanien, der Schweiz, Frankreich und den Niederlanden beteiligt. Der deutsche Beitrag wird maßgeblich vom Max-Planck-In­sti­tut für Gra­vi­ta­ti­ons­phy­sik/Al­bert-Ein­stein-In­sti­tut (AEI) in Hannover geleistet und von der Max-Planck-Gesellschaft sowie dem DLR Raumfahrtmanagement finanziert.

Kontakt
  • Martin Fleischmann
    Stra­te­gie und Kom­mu­ni­ka­ti­on
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    Deut­sche Raum­fahr­t­agen­tur im DLR
    Telefon: +49 228 447-120
    Königswinterer Str. 522-524
    53227 Bonn
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  • Dr. Hans-Georg Grothues

    Raum­fahrt­ma­na­ge­ment, Ex­tra­ter­re­strik
    Telefon: +49 228 447-348
    Fax: +49 228 447-745
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