Testmassen von LISA Pathfinder schweben frei

Entscheidender Meilenstein auf dem Weg zum wissenschaftlichen Missionsbetrieb im März

Die LISA Pathfinder-Missionswissenschaftler haben erfolgreich erstmals beide würfelförmigen Gold-Platin-Testmassen im Satelliten freigesetzt. LISA Pathfinder wird diese Würfel im präzisesten jemals erreichten freien Fall vermessen, um Kerntechnologien für die Beobachtung von Gravitationswellen im Weltraum zu demonstrieren.

LISA Pathfinder startete am 3. Dezember 2015 ins All und erreichte sein Ziel – rund 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt in Richtung Sonne – am 22. Januar 2016. Die erste Komponenten der wissenschaftlichen Nutzlast wurden erfolgreich zwischen dem 11. und 13. Januar in aktiviert, gefolgt von weiteren Inbetriebnahmeschritten.

Nun wurde ein Meilenstein auf dem Weg zum wissenschaftlichen Missionsbetrieb erreicht, der am 1. März beginnen soll. Erstmals wurden die beiden Testmassen von LISA Pathfinder – zwei identische 46 mm große Würfel aus einer Gold-Platin-Legierung – von ihren Haltemechanismen freigegeben und schweben nun frei innerhalb des Satelliten. Ein Laserinterferometer vermisst den Abstand zwischen den Massen mit höchster Präzision.

„LISA Pathfinder arbeitet weiterhin perfekt! Das Freilassen der Testmassen erforderte etwas Lernen, aber das Team hat dann schnell eine elegante Lösung gefunden. Mit dem erfolgreichen Betrieb eines Laserinterferometers im Weltraum zwischen zwei freischwebenden Testmassen liefert LISA Pathfinder eine echte Weltneuheit!“, sagt Prof. Karsten Danzmann, Director am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik und Direktor des Instituts für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover. „Wir stehen nun kurz vor dem Beginn der wissenschaftlichen Mission, die Schlüsseltechnologien zur Beobachtung von Gravitationswellen im Weltraum demonstrieren wird.“

Während der Vorbereitung des Satelliten am Boden, während des Starts und der Bahnmanöver, die LISA Pathfinder nach einer sechswöchigen Reise zum Lagrangepunkt L1 brachten, wurden beide Würfel fest mit acht „Fingern“ an den Ecken fixiert. Am 3. Februar wurden diese Haltefinger gelöst, gleichzeitig wurde ein Ventil geöffnet, um die Restmoleküle aus der Vakuumkammer um die Testmassen zum Weltraum zu entlüften.

Ein Paar von Druckstäben, die die Würfel beidseitig feinfühlig fixierten, hielt die Testmassen bislang in der Mitte der Einhausungen fest. Diese Druckstäbe wurden nun gestern von der einen Testmasse und heute von der anderen gelöst. Nun schweben die Würfel frei im Abstand von einigen Millimetern von den Wänden der Einhausung ohne mechanischen Kontakt zum Satelliten.

Präzisionsmessungen mittels Laserinterferometrie

Zwischen den zwei Testmassen, die rund 38 Zentimeter von einander entfernt sind, befindet sich ein Laserinterferometer, das die Positionen und die Ausrichtung der beiden Testmassen relativ zum Satelliten und zueinander mit bisher unerreichter Genauigkeit von etwa zehn Pikometern (hundertmillionstel Millimeter) bestimmt. Dieses optische Präzisionsmesssystem wurde unter Federführung und mit maßgeblicher Beteiligung von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik und von der Leibniz Universität in Hannover entwickelt und gebaut.

Die Testmassen werden derzeit durch elektrostatische Kräfte von den Elektrodeneinhausungen kontrolliert. Dies sorgt dafür, dass die Testmassen den Bewegungen des Satelliten folgen. In einer Woche soll LISA Pathfinder erstmals im wissenschaftlichen Messbetrieb laufen. Dann werden die Testmassen im vollständigen Freifall sein und der Satellit wird ihren Bewegungen mittels seiner Mikronewton-Triebwerke folgen.

Datenanalyse in Hannover

Nach einer Woche letzter Überprüfungen wird die wissenschaftliche Mission von LISA Pathfinder am 1. März beginnen. Diese wird Schlüsseltechnologien für den Nachweis von Gravitationswellen im Weltraum demonstrieren und validieren. So wird die Mission den Weg für zukünftige Gravitationswellen-Observatorien im All – wie eLISA – ebnen.

Forschende der Max-Planck-Gesellschaft und der Leibniz Universität in Hannover sind führend an der Entwicklung der Auswertungssoftware beteiligt, die eine zentrale Rolle beim Extrahieren der entscheidenden Information aus den Messdaten spielt. Dafür betreibt das Institut einen Kontrollraum in Hannover. Da eine unmittelbare Auswertung der Daten für die Konfiguration der Folgeuntersuchungen entscheidend ist, besetzen Forscher des Instituts außerdem rund um die Uhr Schichten im Darmstädter Kontrollzentrum (ESOC) der europäischen Weltraumagentur ESA.

Finanzierungsinformation

LISA Pathfinder ist eine Mission der ESA. Daran beteiligt sind europäische Raumfahrtunternehmen unter der Systemverantwortung von Airbus DS, Forschungseinrichtungen aus Frankreich, Deutschland, Italien, den Niederlanden, Spanien, der Schweiz, und Großbritannien sowie die NASA.

LISA Pathfinder wird aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie über das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördert.