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LZH entwickelt Faserverstärker für Gravitationswellenmessung im Weltraum

20.06.2014

Wenn 2034 die European Space Agency (ESA) ihre dritte „große Mission“ (3rd Large Mission) in den Weltraum schickt, ist ihr Ziel Gravitationswellen zu detektieren. Wissenschaftler des Laser Zentrums Hannover e. V. (LZH) haben nun damit begonnen, Faserverstärker für die dafür benötigten Laser zu entwickeln.

Die Aufgabe der Gruppe Single-Frequency Laser des LZH hört sich fast trivial an: Die von ihnen entwickelten Faserverstärker sollen einen vorgegeben Laser mit kleiner Leistung nachverstärken. Die Rahmenbedingungen jedoch machen die Laserentwicklung für das Projekt eLISA zu einer Herausforderung: Die Auswahl an den einsetzbaren optischen Komponenten ist sehr stark begrenzt.


Beim Projekt eLISA soll ein Muttersatellit Laserstrahlen zu zwei Tochtersatelliten schicken. Aus den zurückkommenden Strahlen soll auf Gravitationswellen rückgeschlossen werden.

Grafik: AEI/MM/exozet

Herausforderung: einfach und weltraumtauglich

„Da die Ressourcenverfügbarkeit im Weltraum sehr gering ist, muss der geplante Verstärker sehr effizient arbeiten“, erläutert der Gruppenleiter Dr. Peter Weßels die Aufgabe. „Gleichzeitig muss der Aufbau möglichst einfach gehalten werden, damit sich der Laser gut für seinen Einsatz im Weltraum qualifizieren lässt.“

Winzige Bewegungen über enorme Distanzen ermitteln

Trotz der starken Einschränkungen muss der Laser Hochleistung liefern: Der Laserstrahl soll eine Entfernung von circa 1 Mio. km zwischen dem Muttersatelliten und den beiden Tochtersatelliten zurücklegen.

Dort angekommen wird der Strahl regeneriert und die gleiche Distanz zurückgeschickt. Aus den Änderungen in der Phase des zurückkommenden Lichts kann dann auf Weglängenänderungen im Weltraum in subatomarer Größenordnung rückgeschlossen werden, die Gravitationswellen.

In drei Jahren wollen die Wissenschaftler um Dr. Peter Weßels ein sogenanntes „Engineering Qualification Modell“ entwickelt haben. Solch ein Modell ist zwar noch nicht vollständig weltraumtauglich, es ist dem späteren Flugmodell aber in Aufbau und Design sehr ähnlich.

An der Entwicklung des Lasersystems für die eLISA Mission sind neben dem LZH die Fundação Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Portugal, und das Czech Space Research Centre s.r.o., Tschechien, beteiligt. Geleitet wird das Entwicklungsprojekt von der portugiesischen Firma LusoSpace Lda.

Weitere Informationen:

https://www.elisascience.org/ - Webseite zum Projekt eLISA
https://www.elisascience.org/multimedia/image/elisa-spacecraft-two-laser-arms - Quelle Illustration

Lena Bennefeld | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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