Institute for Satellite Geodesy und Inertial Sensing

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Projects

Bose Einstein Condensate and Cold Atom Laboratory (BECCAL)

BECCAL aims at conducting multiple experiments with ultracold and condensed atoms on board the international space station (ISS). The payload aims at enabling fundamental research and advance technology development for future quantum-based sensors. The long term microgravity conditions on board of the international space station is unique to these goals by offering prolonged times of free fall and observation. In addition, BECCAL contains additional trap configurations to trap, cool, and manipulate the atoms.

VirtualEnv - Virtuelle Entwicklungsumgebung für den Einsatz neuartiger Quantensensoren auf zukünftigen Satellitenmissionen

Das Projekt versteht sich als gemeinsame Schnittstelle für die Entwicklung von Quantensensoren im DLR und soll den Rahmen für deren Machbarkeitsuntersuchung bieten sowie die Prototypenentwicklung unterstützen. Des Weiteren wird ein Netzwerk mit DLR-internen und -externen Partnern in den Themenbereichen Quantensensorik und Satellitendynamik aufgebaut. Die Entwicklung neuer Sensoren für den Einsatz auf zukünftigen Satellitenmissionen erfordert neben vielfältigen Tests der Hardware auch die Simulation des Sensors in seiner später Einsatzumgebung. Insbesondere in Bezug auf neuartige Quantensensoren, zu denen es noch keinerlei langjährige Einsatzerfahrung im Weltraum gibt, ist dieses Vorgehen von großer Bedeutung. Hier setzt das Projekt „VirtualEnv - Virtuelle Entwicklungsumgebung für den Einsatz neuartiger Quantensensoren auf zukünftigen Satellitenmissionen“ an. Ziel ist es, eine Software zu erstellen (VirtualEnv), mit deren Hilfe eine fiktive Satellitenmission simuliert werden kann. Bei dieser Simulation soll ein Sensormodell zum Einsatz kommen, das als Platzhalter bzw. Referenzsensormodell für spätere tatsächlich entwickelte Sensoren anzusehen ist. Die damit erzeugten Mockdaten sollen in zuvor definierten Datenformaten auf einem Datenserver für eine spätere Datenverarbeitung bereitgestellt werden. Die Software VirtualEnv wird in Modulbauweise konzipiert, so dass eine spätere Weiterentwicklung möglich ist. Innerhalb des Projekts soll eine Demonstrator-Version der Software entstehen, so dass am Ende die vollständige Simulationskette zur Vorbereitung der Datenauswertung einer Satellitenmission abgebildet werden kann.

GRACE-I Optische Bank

Die US-Deutsche GRACE Follow-On Mission, gestartet im Mai 2018, kartographiert mit einer monatlichen Auflösung das Gravitationsfeld der Erde. Die von ihr erzeugten Daten können somit genutzt werden, um die Umverteilung von Wasser auf und unterhalb der Erdoberfläche zu verfolgen. GRACE Follow-On ist dabei die erste Mission, die ein Laserinterferometer für die hochpräzise Messung des intersatelliten-Abstands nutzt – allerdings lediglich als Technologie-Demonstrator. Dieses trägt den Titel „Laser Ranging Interferometer“ oder kurz: LRI. Das Hauptmessinstrument ist ein auf Mikrowellen basierendes System, welches auch bereits auf der vorhergehenden GRACE Mission (2002 – 2017) genutzt wurde. Im Sommer 2020 wurde unter Beteiligung des DLR Instituts für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik eine deutsche Studie zu einer Nachfolgemission für GRACE Follow-On durchgeführt. Der Titel der hier studierten Mission lautet „GRACE-I“. Studiert wurde hier eine Mission mit dem gleichen Hauptziel wie bei GRACE und GRACE Follow-On: die Kartographierung des Gravitationsfelds der Erde. Allerdings sollen im Vergleich deutlich höhere räumliche und zeitliche Auflösungen ermöglicht werden. Zudem wurde vorgeschlagen, ein auf dem LRI basierendes Laserinterferometer als Haupt-Messinstrument einzusetzen. Durch diesen Schritt wird ein neues Redundanz-Konzept erforderlich, dass die verlässliche Operation des Instruments über die gesamte Missionsdauer gewährleistet. Im Rahmen des Projekts „GRACE-I Optische Bank“, welches am DLR Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik durchgeführt wird, wird ein solches neuartiges optisches Redundanzkonzept für die GRACE-I Mission im Labor getestet. Zudem analysieren und testen wir experimentell die Implementierung eines neuartigen Akquisitions-Sensors, der die Herstellung des Laser-Links zwischen zwei um mehrere hundert Kilometer getrennten Satelliten vereinfacht und verlässlicher macht.