Ein Phasenmeter für LISA
Hamburger Messinstrumente gehen zur Prüfung nach Frankreich und Großbritannien – AEI erhält 35 Millionen Euro vom DLR.
Ein Präzisionsmessgerät, das am Exzellenzcluster Quantum Universe an der Universität Hamburg entwickelt wurde, ist für die Testphase in einem Partnerlabor in Paris eingetroffen. Das ist ein wichtiger Meilenstein bei den Vorbereitungen für LISA, der Weltraummission der ESA zur Detektion von Gravitationswellen.
Das Phasenmeter soll eine zentrale Rolle bei der Satellitentechnologie spielen, die das künftige LISA-Weltraumteleskop benötigt. Die „Laser Interferometer Space Antenna“ (LISA) ist eine Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), die 2035 starten soll. Es wird das erste Observatorium sein, das dafür ausgelegt ist, Gravitationswellen im Weltraum zu messen. Drei Satelliten fliegen dabei in einer Dreiecksformation mit mehreren Millionen Kilometern Abstand zueinander und tauschen Lasersignale aus. Phasenmeter an den Satelliten detektieren winzige Abstandsveränderungen zwischen ihnen: Hinweise auf vorbeiziehende Gravitationswellen.
Das Phasenmeter wurde von einem Team des Exzellenzclusters Quantum Universe in Zusammenarbeit zwischen der Universität Hamburg und DESY entwickelt. Es basiert auf einer Hardware, die ursprünglich für die präzise Signalauslesung in Teilchenbeschleunigern konzipiert wurde – eine Technologie, die das Team sorgfältig an die hohen Anforderungen einer so komplexen Mission wie LISA angepasst hat.
Im Labor für Astroteilchenphysik und Kosmologie in Paris wird nun zunächst ein Prototyp mit dem Phasenmeter ausgestattet und an neue experimentelle Anforderung angepasst, bevor das Gerät zur französischen Raumfahrtbehörde CNES weitergeleitet wird. Die Behörde wird es einer umfassenden End-to-End-Testkampagne unterziehen und es zusammen mit technischen Modellen der LISA-Satelliteninstrumente einsetzen, um zu überprüfen, ob alle Komponenten im Zusammenspiel korrekt funktionieren.
Das Hamburger Team wird unterdessen weitere Phasenmeter an das UK Astronomy Technology Centre in Edinburgh sowie an das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, AEI) in Hannover zur Überprüfung liefern. Diese Prüfungen bilden eine koordinierte internationale Anstrengung zur Vorbereitung auf den Start der LISA-Mission.
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Das AEI wiederum erhält eine Zuwendung in Höhe von 35 Millionen Euro durch die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) für die nächste Phase der Entwicklung von Instrumenten für LISAs optisches Messsystem. Die Förderung findet im Rahmen der sogenannten Implementierungsphase statt: Das AEI ist zunächst für die Entwicklung und Bereitstellung der technischen Modelle des als missionskritisch eingestuften Phasenmeters und dessen Signalverarbeitung innerhalb der optischen Messtechnik verantwortlich. Dazu gehören umfangreiche Tests inklusive aller relevanten Schnittstellen.
Zu diesem Zweck wird das Institut mathematische Modelle, Simulatoren und Experimente entwickeln und betreiben. „In unserem Auftrag und unter unserer Leitung entwickelt und fertigt der Industriepartner OHB Systems in Bremen die technischen Modelle, die Qualifikationsmodelle und die Flughardware einer der beiden Komponenten des Phasenmeters”, sagt Kanioar Karan, der Projektmanager für die Phasenmeter-Entwicklung am AEI.
Zudem werden Forschende am AEI gemeinsam mit der ESA Methoden für den Messbetrieb von LISA weiterentwickeln. Damit sollen die LISA-Messdaten nach dem Start und der Inbetriebnahme in den 2030er Jahren analysiert und möglichst viele wissenschaftliche Erkenntnisse aus ihnen gewonnen werden. Dafür werden die Wissenschaftler*innen Modelle und Simulatoren von LISA-Instrumenten entwickeln und betreiben und neue Methoden für die Analyse der LISA-Daten entwickeln und verbessern
„Über die Grundlagenforschung und deren Anwendung in der Astronomie mit LISA hinaus unterstützt das AEI zudem den Technologietransfer in die Industrie”, sagt Institutsdirektor Guido Müller „So sollen die Erkenntnisse und Erfahrungen aus unserer Forschung zu hochpräzisen, lasergestützten Messungen neuartige technische Anwendungen ermöglichen.“ [UHH / AEI / dre]
