Bei COMPASSO handelt es sich um ein Projekt des DLR mit der Zielsetzung, optische Technologien auf der Bartolomeo Plattform der Internationalen Raumstation (ISS) zu testen und deren Leistungsfähigkeit mit bestehenden Systemen zu vergleichen.
Kompakte, hochstabile laseroptische Uhren können zukünftige Generationen von Satellitennavigationssystemen (GNSS), wie das europäische Galileo, erheblich verbessern. In Kombination mit optischen Verbindungen (Laserlinks) zur Bodeninfrastruktur und zwischen den GNSS-Satelliten kann eine höhere Genauigkeit bei der Positionsbestimmung auf der Erde erreicht werden. Gleichzeitig wird die Komplexität und Größe der GNSS-Bodeninfrastruktur reduziert. In COMPASSO werden neuartige laseroptische Technologien für den Einsatz im Weltraum qualifiziert. Im Fokus stehen dabei die vom DLR Institut für Quantentechnologien entwickelte Joduhr, der von der Firma Menlo entwickelte Frequenzkamm, sowie eine Weiterentwicklung des im OSIRIS Programm des DLR hochentwickelten Laserterminals - eine gemeinsame Entwicklung des DLR Instituts für Kommunikation u. Navigation und der Firma TESAT.
Das übergeordnete Ziel des Projekts ist es, den Weg für den operationellen Langzeiteinsatz (10 bis 15 Jahre) dieser Technologien z.B. in zukünftigen Generationen des Galileo-Systems aber auch wissenschaftlichen Weltraummissionen, z.B. das Gravity Recovery and Climate Experiment follow-on - GRACE-FO, die Next Generation Gravity Mission - NGGM oder LISA - Laser Interferometer Space Antenna, zu bereiten. Träger der COMPASSO-Nutzlast ist die Bartolomeo-Plattform auf der Internationalen Raumstation (ISS). Die unter Führung von Airbus entwickelte Plattform bietet Platz für bis zu zwölf externe Nutzlasten und bietet eine einzigartige Möglichkeit für Demonstrations- und Verifikationsmissionen im Weltraum, insbesondere da das Konzept die Rückführung der Nutzlasten am Ende der Missionszeit ermöglicht.
Hier ein kurzes Präsentationsvideo mit Stefan Schlüter: https://www.dlr.de/content/de/video/2021/projekt-compasso.html
COMPASSO lässt sich grob in drei Phasen unterteilen:
Entwicklung und Start der Nutzlast: Innerhalb dieser Phase werden die einzelnen Subsysteme entwickelt, getestet und auf dem ArgUS-träger integriert. Für die Entwicklung und den Start ist ein Zeitraum von etwa vier Jahren angesetzt.
Experimentierphase auf der ISS: In dieser Phase werden die für die Mission geplanten Experimente durchgeführt. Sie umfasst einen Zeitraum von etwa 1,5 Jahren.
Rückführung und Validierung: In dieser Phase schließt die Mission ab und die Subsysteme werden abgebaut und zur Erde zurückgeführt und an das DLR für Tests und Auswertung übergeben.
COMPASSO verwendet zwei absolute Frequenzreferenzen, die auf der Doppler-freien Spektroskopie von molekularem Jod basieren. Beide Referenzen können auf denselben oder auf unterschiedlichen (nahe gelegenen) Hyperfeinübergängen stabilisiert werden. Ein optischer Frequenzkamm überträgt die Frequenzstabilität der beiden Referenzen vom optischen in den Radiofrequenzbereich. Darüber hinaus kann der Frequenzkamm auf eine bordeigene Mikrowellenreferenz wie z.B. einen Galileo Rubidium Atomic Frequency Standard (RAFS) oder auf einen leistungsstarken Quarzoszillator (OCXO) referenziert werden und ermöglicht so mehrfache Vergleichsmessungen, mit denen die Frequenzstabilität im relevanten Zeitraum der Uhren bewertet werden kann.
Ein bi-direktionales optisches Laserkommunikations- und Ranging-Terminal (LCRT) ermöglicht die Zeit- und Frequenzübertragung zwischen den stabilen Uhrensignalen auf der ISS und der Erde - zusammen mit der Uhrensynchronisation, dem hochgenauen Ranging (Abstandsmessung) und der Datenkommunikation. Durch den Vergleich der absoluten Frequenz der im Orbit betriebenen Jod-Referenz mit dem entsprechenden Wert am Boden, kann durch die Analyse der gravitativen Rotverschiebung sogar ein Test der allgemeinen Relativitätstheorie durchgeführt werden.
Die oben aufgeführten Kernkomponenten bilden die COMPASSO-Nutzlast, sobald sie integriert und auf dem Bartolomeo ArgUS Multi-Payload Carrier installiert sind. Die physikalische und datentechnische Verbindung wird über den GOLD-2-Stecker gewährleistet. Die physische Unterbringung der COMPASSO-Subsysteme auf dem ArgUS-Träger muss mit den inneren Abmessungen und Massenbeschränkungen des Cargo Transfer Bag (CTB) mit dem größten für den Start verfügbaren Volumen im Druckraum eines ISS-Besuchsträgers übereinstimmen. Die COMPASSO-Nutzlast wird mit den Abmessungen der Bishop-Luftschleuse und der Cygnus Visiting Vehicle-Luke der ISS kompatibel sein.
Image credit: ©NASA