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LISA Pathfinder: Freier Fall gelungen

Geschrieben am 01.03.2016, 23:16:39 in Kategorie: Missionen "LISA Pathfinder" und "LISA"

Vor rund einer Woche wurden die beiden Würfel im Inneren der ESA-Sonde LISA Pathfinder aus ihren Halterungen gelöst und den Gravitationskräften überlassen. Dies ist ein weiterer technologischer Meilenstein in der Beobachtung von Gravitationswellen im Weltraum.

Für LISA Pathfinder waren es aufregende Monate im All. Nach dem Start am 3. Dezember 2015 und sechs Triebwerkszündungen, um den Orbit anzuheben, hat der Satellit im Januar endlich seine Arbeitsposition erreicht: 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt in Richtung Sonne. Das Team aus Ingenieuren und Wissenschaftlern hat inzwischen damit begonnen, die Systeme zu aktivieren und zu testen.

Eine der heikelsten Aufgaben bestand darin, die beiden Testmassen aus ihren mechanischen Halterungen zu lösen, die auf der Erde, beim Start und bis zum Erreichen des Bestimmungsorts zu deren Befestigung dienten.

Zuerst wurden hierbei die acht Klemmstifte am 3. Februar zurückgezogen, die die identischen Würfel aus einer Gold-Platin-Legierung festklemmten. Die Würfel wurden dann nur noch unter leichtem Druck auf die gegenüber liegenden Flächen von zwei Haltestiften fixiert.

Am 15. Februar wurden diese Stangen vom ersten Referenzkörper entfernt und am darauffolgenden Tag auch vom zweiten. Die Würfel befinden sich seitdem frei schwebend in ihren jeweiligen Gehäusen. Der Abstand zwischen den Würfeln und der Gehäusewandung beträgt hierbei lediglich wenige Millimeter.

Für das LISA Pathfinder-Team war die Freisetzung der Testmassen in 1,5 Millionen Kilometer Entfernung im Weltall ein großer Erfolg.

An den darauffolgenden Tagen wurden minimale elektrostatische Kräfte an den Würfeln angelegt, um sie so auszurichten, dass sie den Bewegungen des Satelliten folgten, wenn es äußeren Kräften nachgibt, wie beispielsweise dem Druck des Sonnenlichts.

Dadurch konnte das Team weitere Tests an Instrumenten durchführen, einschließlich des Systems zur Messung der elektrischen Ladungen jedes Würfels und des Verfahrens zur Überwachung der jeweiligen Würfelposition und –ausrichtung. Anschließend richtete das Team die Würfel mit Laserstrahlen aus, die sie verbinden und prüfte die Übereinstimmung der Lasermessungen mit den Messungen der elektrostatischen Sensoren. Nachdem sicher gestellt war, dass alles nach Plan verlief, wurde die Intensität der elektrostatischen Kräfte schrittweise verringert, bis die empfindlichen Achsen der Körper schließlich von deren Wirkung befreit waren. Den Abschluss bildete hier am 19. Februar die Prüfung der freien Beweglichkeit.

Am 22. Februar stellte sich das Team schließlich der größten Herausforderung: Die beiden Würfel wurden komplett freigesetzt, so dass sie sich ausschließlich unter der Wirkung der Gravitation bewegten. Das sie umgebende Raumfahrzeug wird um sie herum gesteuert. Dazu führt LISA Pathfinder Messungen der Position und Ausrichtung jedes Würfels durch. Um die Position der Raumsonde um die Würfel auszurichten, werden kurze Mikrodüsenschübe eingesetzt.

Die wissenschaftliche Mission von LISA Pathfinder kann beginnen

“Dies ist eine historische Leistung: Wir demonstrieren den präzisesten freien Fall in der Geschichte der Raumfahrt”, sagt Paul McNamara, LISA Pathfinder-Projektwissenschaftler.

Am 23. Februar wurde der Hauptbetriebsmodus des Satelliten zum ersten Mal eingeschaltet. Da die Testmassen sich nun im freien Fall befinden, wurden alle wichtigen Vorkehrungen für den Start der wissenschaftlichen Mission von LISA Pathfinder getroffen. Sie soll am 1. März beginnen. In den kommenden Tagen werden noch letzte Tests an den Betriebselementen des Satelliten durchgeführt. Die Reproduktion von Bewegungen, die einem freien Fall weitgehend entsprechen, ist eine große Herausforderung. Sie ist für die Konzeption und Durchführung zukünftiger Weltraummissionen zur Beobachtung von Gravitationswellen jedoch unerlässlich.

Albert Einstein hatte vor einem Jahrhundert bereits die Existenz von Gravitationswellen vorausgesagt, also von Schwingungen im Raum-Zeit-Gefüge. Erst kürzlich wurden sie tatsächlich mithilfe des Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) nachgewiesen, wie am 11. Februar bekannt gegeben wurde.

Experimente im Weltraum und auf der Erde reagieren auf unterschiedliche Quellen von Gravitationswellen. Daher ergänzen zukünftige Weltraummissionen die Unternehmungen auf der Erde partnerschaftlich, wie beispielsweise das LIGO, das European Gravitational Observatory (Europäische Beobachtungsstelle für Gravitation) und das Virgo-Konsortium, die in diesem Bereich bereits tätig sind.

Ein Weltraumobservatorium für Gravitationswellen wurde als Ziel der L3-Mission im Cosmic-Vision-Programm der ESA festgelegt. LISA Pathfinder legt das Fundament für die zukünftigen Forschungen im Gravitationsuniversum.

“Es ist eine unglaubliche Belohnung, wenn man dabei sein darf, wenn dieses Pionier-Raumfahrzeug seine bedeutende Mission beginnt“, bemerkt César García Marirrodriga, Projektmanager bei der ESA.

Quelle

ESA - Europäische Raumfahrtorganisation
Die ESA (European Space Agency) ist die europäische Raumfahrtorganisation.Sie bündelt Finanzmittel und Know-How der 21 Mitgliedsstaaten, um Projekte umzusetzen, die für einzelne Staaten nicht realisierbar wären.

Webseite: http://www.esa.de

LISA Pathfinder im All
LISA Pathfinder arbeitet 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt am Lagrange-Punkt L1 zwischen Sonne und Erde.
© ESA /ATG medialab
LISA Pathfinder im Detail
Explosionszeichnung von LISA Pathfinder mit ihren einzelnen Komponenten
© @ ESA/ATG medialab

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