Laser-Interferometerie F&E
Metrologie für LISA untersuchen und validieren und Missionen über LISA hinaus entwickeln
LISA-Prüfstand
Der LISA-Prüfstand, der innerhalb der Abteilung „Präzisionsinterferometrie und fundamentale Wechselwirkungen“ entwickelt wird, bietet eine integrierte Laborumgebung zur Untersuchung und Validierung der Messtechnik, die LISA zugrunde liegt.
Ein zentraler Teil dieser Aktivität ist der Bau eines dedizierten Optiklabors. In diesem werden Lasersysteme, optische Bänke und elektronische Signalgeneratoren eingesetzt, um repräsentative LISA-Interferometersignale direkt hier auf der Erde zu erzeugen. Indem kontrollierte optische Phasenentwicklungen, verzögerungsähnliche Effekte zwischen Satelliten und relevante Rauschprozesse repdozuiert werden, können mit der Anlage detaillierte Untersuchungen der Messkette in einer vollständig konfigurierbaren und reproduzierbaren Umgebung erstellt werden .
Der Prüfstand wird die folgenden Komponenten
- Laserquellen,
- interferometrische Pfade,
- Auslesen des Phasenmeters und
- zeitverzögerte Interferometrie (time-delay interferometry, TDI)
in einer einzigen Experimentalplattform vereinen. Dadurch können wir LISA-ähnliche Signale vollständig im Labor erzeugen, manipulieren und analysieren. So können wir Untersuchungen zur Leistung des Phasenmeters, Kalibrierungstechniken, Synchronisationsverfahren und zum Verhalten von Datenanalysealgorithmen unter realistischen Signalbedingungen unterstützen.
Die Anlage bietet auch einen Rahmen für die direkte Einspeisung simulierter Signale – wie Gravitationswellen oder spezifische Anteile des Rauschens – in die optische oder elektronische Messkette. So werden kontrollierte Untersuchungen der Hardware in der Messkette ermöglicht.
In den nächsten Jahren wird sich der LISA-Prüfstand zu einer umfassenden Umgebung für Hardware in der Messkette entwickeln, die eng mit den Methoden der Datenverarbeitung auf Missionsebene verbunden ist. Im Labor erzeugte optische und elektronische Signale werden mit den TDI- und Rekonstruktionsmethoden verarbeitet, die für LISA entwickelt wurden. Das ermöglicht eine systematische Bewertung der Robustheit, die Identifizierung von sub-optimalen Eigenschaften und die Erforschung von Ausgleichsstrategien.
Geplante Erweiterungen umfassen die Implementierung mehrerer optischer Verbindungen, was den Weg für eine realistische Emulation der gesamten LISA-Konstellation ebnen wird.
Arbeitsgruppe „Über LISA hinaus“
Die Arbeitsgruppe „Über LISA hinaus“, die zur Abteilung „Präzisionsinterferometrie und fundamentale Wechselwirkungen“ gehört, widmet sich der Entwicklung von Technologien, Architekturen und Systemmodellen für zukünftige weltraumgestützte Gravitationswellen-Observatorien, die außerhalb des Frequenzbands von LISA arbeiten.
Die Gruppe konzentriert sich auf Missionskonzepte im Decihertz- und Mikrohertz-Bereich. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Identifizierung technisch realisierbarer Konfigurationen, dem Verständnis der messtechnischen Anforderungen und der Erforschung von Möglichkeiten zur Erweiterung der interferometrischen Fähigkeiten auf neue Frequenzbereiche.
Die aktuelle Arbeit umfasst die
- Modellierung von Rauschquellen und Empfindlichkeitsgrenzen für Interferometer mit langen Messstrecken,
- die Bewertung von Bahnkonfigurationen und Konstellationsgeometrien sowie
- die Untersuchung von Kompromissen bei Laserleistung, Teleskopgröße und interferometrischer Topologie.
Die Arbeitsgruppe untersucht auch Anforderungen an die Präzision des freien Falls, die Steuerung von Satelliten und die Synchronisation von Messungen mit dem Ziel, realistische Leistungsbudgets für Missionen der kommenden Generation festzulegen.
Am Institut wollen wir einen kohärenten Rahmen für die Bewertung der Missionsdurchführbarkeit über den gesamten Spektralbereich hinweg schaffen. Dazu wollen wir der Forschungsgemeinschaft quantitative Instrumente zum Vergleich von Konzepten an die Hand geben. Dazu gehören die Entwicklung von Simulationsmethoden, Leistungsmodellen und Studien auf Systemebene, die als Grundlage für Designentscheidungen in internationalen Arbeitsgruppen dienen.
In den kommenden Jahren wird die Gruppe die Konsolidierung einer gemeinschaftsweiten Strategie für die nächste weltraumgestützte Gravitationswellen-Mission Europas unterstützen und ihr Engagement in den Bereichen Missionsdesign und Messtechnik vertiefen. Die Gruppe leistet auch einen Beitrag zu den Arbeitsaktivitäten von GW Space 2050 und liefert Systemmodellierungen und Beiträge zu Instrumenten für zukünftige Missionsdefinitionen.