LISA Pathfinder: Wissenschaftliche Nutzlast fertiggestellt und in Satelliten integriert
Nächste Schritte: Transport nach Kourou und Start der Mission im Herbst
Nach mehr als zehnjähriger intensiver Entwicklungsarbeit wurde LISA Pathfinders (LPF) hochempfindliche Nutzlast jetzt fertig gestellt und in den Satelliten eingebaut. Die wissenschaftlichen Messinstrumente bilden die Kerneinheit der Mission.
Das hochempfindliche Messsystem von LISA Pathfinder
In den zwei separaten Vakuumtanks der wissenschaftlichen Nutzlast von LPF sollen während des Missionsbetriebs jeweils eine würfelförmige Testmasse von zwei Kilogramm (nahezu) frei von allen inneren und äußeren Störkräften schweben und so die präzise Vermessung einer kräftefreien Bewegung im Raum demonstrieren. Eine spezielle Gold-Platin-Legierung sorgt dafür, dass auf die Massen keine magnetischen Kräfte wirken; eine berührungslose Entladung mit Hilfe von UV-Strahlung stellt sicher, dass keine elektrostatische Aufladung erfolgt. Eine besondere Herausforderung stellt dabei der sogenannte Caging-and-Grabbing-Mechanismus dar, der die Testmassen während der heftigen Vibrationen beim Start von LISA Pathfinder sichert, sie kontrolliert freigibt und sie gegebenenfalls auch wieder einfängt. Mittels Laserinterferometrie werden die Positionen und die Ausrichtung der beiden Testmassen relativ zum Satelliten und zueinander mit bisher unerreichter Genauigkeit von etwa 10 Pikometern (ein hundertmillionstel Millimeter) gemessen. Darüber hinaus werden die Positionen über kapazitive Inertialsensoren mit geringerer Genauigkeit erfasst. Die Messdaten werden dazu verwendet, mit Hilfe eines „Drag-Free Attitude Control System (DFACS)“ die Sonde so zu steuern, dass sie gewissermaßen stets auf eine der Testmassen zentriert bleibt. Die eigentliche Lageregelung des Satelliten erfolgt dabei durch Kaltgas-Mikro-Newton-Triebwerke. Diese ermöglichen eine extrem feine und gleichmäßige Regelung des Antriebschubs. Die Schubkräfte liegen im Bereich von Mikronewton – dies entspricht der Gewichtskraft eines Sandkorns auf der Erde.
Wegbereiter für eine neue Astronomie
LISA Pathfinder ist Wegbereiter für eLISA, ein großes Weltraumobservatorium, das eines der am schwersten fassbaren astronomischen Phänomene direkt beobachten soll – Gravitationswellen. Diese von Albert Einstein vorhergesagten, winzigen Verzerrungen der Raumzeit erfordern eine sehr empfindliche und hochpräzise Messtechnologie. Weltraumobservatorien wie eLISA werden Gravitationswellen mit Frequenzen im Millihertz-Bereich nachweisen. So ergänzen sie irdische Detektoren wie GEO600, aLIGO und Virgo, die bei höheren Frequenzen (im Audiobereich) messen. Im Zusammenspiel mit anderen astronomischen Methoden werden diese Gravitationswellenobservatorien bisher noch unbekannte Bereiche, gewissermaßen die „Dunkle Seite des Universums“, beobachten. Beispielsweise wird man verfolgen können, wie massereiche schwarze Löcher entstehen, wachsen und miteinander verschmelzen. Außerdem wird es möglich sein, Aussagen der Allgemeinen Relativitätstheorie zu überprüfen und nach unbekannter Physik zu suchen.
