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LISA Pathfinder
Typ:	Forschungssatellit
Betreiber:	Europaische Weltraumorganisation ESA
Missionsdaten
Masse:	1,9 t (475 kg Nutzlast)
Größe:	2,1×1,0 m
Start:	Juli 2015[veraltet] (geplant)
Startplatz:	CSG
Trägerrakete:	Vega
Status:	geplant

LISA Pathfinder (LPF, ehemals SMART-2, Small Missions for Advanced Research in Technology-2) ist eine ESA/NASA Weltraum-Mission mit geplantem Start in 2015. Der Hauptzweck der  LISA Pathfinder Mission ist das Testen und Verifizieren der Technologien, die für die von der ESA geplanten eLISA-Mission – ein weltraumbasiertes Gravitationswellenobservatorium – benötigt werden. LISA Pathfinder wird aber auch wissenschaftliche Daten produzieren. LISA Pathfinder wird auf einer Vega-Rakete vom CSG bei Kourou auf Französisch-Guyana gestartet werden.

Internationale Zusammenarbeit und deutsche Beteiligung

LISA Pathfinder ist eine Mission der ESA. Daran beteiligt sind europäische Raumfahrtunternehmen, Forschungseinrichtungen aus Frankreich, Deutschland, Italien, den Niederlanden, Spanien, der Schweiz, und Großbritannien sowie die amerikanische Luft- und Raumfahrtagentur NASA. LISA Pathfinder wird aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

LISA Pathfinder Wissenschaft

LISA Pathfinder ist nicht nur eine reine Technologie-Testmission, sondern es werden auch wissenschaftliche Daten gewonnen. LISA Pathfinders wissenschaftliche Hauptaufgabe ist nachzuweisen, dass freifallende Testmassen sich wirklich auf geodätischen Bahnen bewegen. LISA Pathfinder wird in der Lage sein, durch optische Interferometrie kleinste Distanzveränderungen zwischen seinen beiden 38cm auseinanderliegenden Testmassen zu messen. Aus den Testdaten können dann exakte wissenschaftliche Modelle der möglichen äußeren Einflüsse und der Grenzen der eingesetzten Messtechnik erstellt werden - Informationen, für den Entwurf der geplanten eLISA-Mission und aller möglichen folgenden Experimente in der Gravitationswissenschaft unentbehrlich sind. Außerdem können mit den Daten verschiedene Aspekte der Relativitätstheorie auf ihre Genauigkeit überprüft werden.

Missionsbeschreibung

Interferometer

LISA Pathfinder besteht aus einem einzelnen Interferometer-Arm der geplanten eLISA Mission, der von 1 Millionen km auf eine Länge von 38cm reduziert wurde. Der Interferometer-Arm besteht aus einem hochstabilen Hochleistungslaser, zwei Testmassen, die sich innerhalb von Vakuumbehältern in perfektem freien Fall befinden, und der optischen Bank, auf der die eigentlichen Messungen stattfinden. Mit dem verkürzten Interferometer können u.A. folgende Eigenschaften und Technologien verifiziert werden:

• Das berührungsfreie Kontrollsystem, das die Testmassen in perfektem freien Fall hält
• Die Durchführbarkeit von Laserinterferometrie zur Gravitationswellenmessung in einem Frequenzband, das auf der Erde nicht benutzbar ist
• Die Wiederstandsfähigkeit insbesondere der neuartigen verwendeten Komponenten, wie der kapazitiven Sensoren, der Mikronewton-Triebwerke, der Laser und der Optiken.

Diese Technologien sind nicht nur für die spätere LISA-Mission unentbehrlich, sie können auch für viele andere Arten von Weltraummissionen, insbesondere andere künftige Gravitationswellen-Observatorien von Nutzen sein.

Instrumentierung und Kontrollsystem

LISA Pathfinder trägt als Testinstrumentierung das europäische LISA Technology Package, (LTP) und das von der NASA bereitgestellte Space Technology 7 (ST7). Die Technolgiepackete werden die Funktionalität der für den Bau eines Gravitationswellen-Observatoriums im Weltall benötigten Technologien demonstrieren.

LISA Technology Package

Das LISA Technology Package besteht im Wesentlichen aus einem Arm des geplanten Gravitationswellen-Observatoriums eLISA, allerdings wurde die Länge von den für eLISA geplanten 1 Mio. Km auf 38 cm reduziert. An jedem Ende des 38 cm langen Interferometer-Arms befindet sich eine würfelförmige Testmasse mit einer Kantenlänge von 46mm. Die Testmassen sind aus einer Gold-Platin Legierung gefertigt. Jede Testmasse schwebt im freien Fall in einem eigenen Vakuumbehälter. Die Abstände der Testmassen zu den Wänden des Behälters werden laufend über kapazitive Sensoren gemessen, und die Abstände der beiden Testmassen durch das Laserinterferometer.Wenn das Raumfahrzeug wegen äußerer Einflüsse gegen die Testmassen zu driften droht, wird seine Position mittels der Mikronewton-Triebwerke von ST7 korrigiert. Auf diese Weise werden Einflüsse wie Sonnenwind oder Strahlungsdruck von den Testmassen ferngehalten, und sie können sich ungestört im freien Fall bewegen. Tatsächlich wird das innere des LISA Pathfinder Raumfahrzeugs der ruhigste Ort im Sonnensystem sein.

Space technology 7

Hauptsächlich besteht ST7 aus Mikronewton-Triebwerken (CMNT, Colloidal Micro-Newton Trhusters) und einem Kontrollsystem (DRM, Disturbance Reduction System). Das DRM beinhaltet Kontrollgesetze, die in der Lage sind, extrem kleine Positionsfehler zwischen den Testmassen und ihren Gehäusen mit dem winzigen Schub der Mikronewton-Triebwerke zu korrigieren. Die Gehäuse der Testmassen sind fest mit der Struktur des Raumfahrzeuges verbunden. Die Daten über die relativen Lagen von Testmassen Gehäusen, werden vom Lisa Technology Package an das ST7 geliefert.

Das ST7 besitzt zwei Gruppen mit jeweils vier Mikronewton-Triebwerken(CMNT, Colloidal Micro-Newton Trhusters). Jedes Triebwerk kann einen Schub von einigen millionenstel Newton erzeugen (etwa das Gewicht einer Fruchtfliege). Die Triebwerke funktionieren, indem kleinste elektrisch geladene Tröpfchen in einem elektrischen Feld beschleunigt werden und mit hoher Geschwindigkeit aus der Schubdüse austreten.

Äußere Einflüsse

Bei der geplanten eLISA-Mission können Einflüsse von außen - Magnetfelder oder ein ungleiches Aufheizen des Raumfahrzeugs - die Inertialsensoren, und damit die Messdaten des Interferometers beeinflussen. LISA Pathfinder wird herausfinden, wie sich solche Einflüsse auf das Funktionieren der Inertialsensoren auswirken. LISA Pathfinder kann Magnetfelder und Temperaturgradienten an den Testmassen, an der optischen Bank und an anderen Punkten innerhalb des Raumfahrzeuges messen. LISA Pathfinder kann sogar das System gewollt anregen: zu Testzwecken können Teile des Raumfahrzeugs über Heizelemente, die an den Stützen der Vakuumbehälter und an der optischen Bank befestigt sind, künstlich aufgeheizt werden. Durch die ungleiche Aufheizung verziehen sich diese Komponenten und der Einfluss auf die Daten der Intertialsensoren kann gezielt ermittelt werden.

Orbit

LISA Pathfinder wird zuerst in einen elliptischen LEO Parkorbit gestartet. Danach wird LISA Pathfinder das eigene Antriebsmodul benutzen, um einen Lissajousorbit um den ersten Lagrangepunkt L₁ des Sonne-Erde Systems zu erreichen.

Am L₁ Punkt, etwa 1,5 Millionen km von der Erde entfernt, ist das Gravitationsgefälle sehr gering, und auch die Elektromagnetische Strahlung der Erde schwach.

Missionsdauer

Die aktive Phase der Mission ist auf 6 Monate geplant. Möglicherweise wird während der Mission entschieden, eine Verlängerung zu gewähren.

Missionskontrolle

Die Missionskontrolle der Lisa Pathfinder Mission wird in der ESOC in Darmstadt angesiedelt sein. Die Wissenschafts- und Technologieaspekte der Mission werden von der ESAC in Spanien kontrolliert werden.

External links

• eLISA and LISA Pathfinder's Homepage
• Videos for LISA Pathfinder on eLISAscience.org
• LISA Pathfinder mission home at ESA
• LISA Pathfinder at eoPortal
• New Gravitational Wave Observatory mission home

References

Category:European Space Agency space probes Category:Proposed spacecraft Category:Future spaceflights Category:2015 in spaceflight Category:NASA space probes