Koaxialkabel aus Lippstadt unterstützen Weltraummission
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Kabel und Verbinder
Das spannende Projekt LISA
Koaxialkabel aus Lippstadt unterstützen
Weltraummission
Das Unternehmen SSB-Electronic GmbH aus Lippstadt, das sich auf Lösungen im Bereich der Hochfrequenz
spezialisiert hat, arbeitet mit der Universität von Florida zusammen und unterstützt das Team des Precision
Space Systems Laboratory in einem neuen Weltraumprojekt.
lern aus 20 ESA-Mitgliedstaaten,
darunter das Max-Planck-Institut
für Gravitationsphysik in Han-
nover, Deutsches Zentrum für
Luft- und Raumfahrt (DLR) in
Bremen sowie zahlreiche Uni-
versitäten und Institute weltweit
wie zum Beispiel die Universität
Florida in den Vereinigten Staa-
ten von Amerika [1].
LISA wird aus drei baugleichen
Raumfahrzeugen bestehen, die
jeweils 2,5 Mio. km vonein-
ander entfernt der Erde auf ihrer
Umlaufbahn um die Sonne in
einer Dreiecksformation folgen
sollen [2]. Die Raumfahrzeuge
werden durch Laserstrahlen mit-
einander verbunden sein, die
die Arme eines hochpräzisen
Laserinterferometers bilden.
Im Gegensatz zu den bereits
existierenden bodengestützten
Gravitationswellendetektoren
– bspw. Geo 600, LIGO oder
VIRGO4 – wird LISA Gravita-
tionswellen niedriger Frequenz
zwischen 0,1 mHz und 1 Hz
Künstlerische Darstellung der LISA-Mission (© Universität von Florida) messen. Diese Signale sind für
erdgebundene Detektoren auf-
Bis Juli 2025 soll ein spezielles NASA und eines internationalen grund seismischer Prozesse im
Ladungs-Managementsystem Konsortiums von Wissenschaft- Erdinneren aber auch durch Wol-
für die Weltraummission LISA
der ESA und NASA entwickelt
werden. SSB-Electronic liefert
dabei seine Koaxialkabel für
das Projekt, mit deren Hilfe die
Einhaltung der strengen Anfor-
derungen des LISA-Projektes
überprüft werden.
LISA wäre der erste weltraum-
gestützte Gravitationswellen-
detektor (Laser Interferometer
Space Antenna) und ist eines von
drei ausgewählten Projekten des
Autorin: Cosmic-Vision-Programms der
Lina Schmidt, Leitung Europäischen Weltraumorgani-
Produktmanagement sation ESA. Die von der ESA
SSB-Electronic GmbH geleitete LISA-Mission ist eine
www.ssb-electronic.de Zusammenarbeit der ESA, der Ein Prototyp des LISA-Lade-Management-Geräts (© Universität von Florida)
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Kabel und Verbinder
Oder ein Team von Forschern,
Professoren und Studenten der
Universität von Florida rund um
die Experten John W. Conklin
und Peter Wass (Institut für Luft-
und Raumfahrttechnik) und den
in Minden geborenen Prof. Dr.
Guido Müller (Institut für Phy-
sik) hat einen NASA-Auftrag in
Höhe von 12,5 Mio. US-Dollar
erhalten, um einen Prototyp des
Ladungs-Managementsystems
zu entwickeln und zu testen. Hier
handelt es sich um ein UV-Licht-
gerät, das die elektrische Ladung
der frei fallenden Testmassen im
Inneren der drei widerstands-
freien LISA-Raumfahrzeuge
überwachen soll. Diese Test-
massen sind Würfel aus einer
Gold-Platin-Legierung mit 46
mm Kantenlänge und wiegen
2 kg. Das Gerät soll die Test-
massen mit der entsprechenden
Phasenstabilität relevanter Kabel im Vergleich [8] (© Simon Barke) Menge UV-Licht bestrahlen und
so ihre Ladung auf Null halten,
kenbewegung, Regen, Fernzüge lagert, die zuvor verschiedene Jahr brauchen, um die Umlauf- um unerwünschte Bewegungen
etc. nicht detektierbar [3, 4]. Im Laufwege zurückgelegt haben. bahn um die Sonne zu erreichen, der Testmassen zu verhindern
Weltraum kann LISA den Stö- Mit dieser Methode lassen sich und dann über den Zeitraum von [6, 7].
rungen des Planeten ausweichen Dehnungen und Stauchungen etwa zehn Jahren wissenschaft- Koaxialkabel aus Lippstadt
und aufgrund der extrem langen der Raumzeit, sogenannte Gra- liche Daten sammeln. überprüfen die Erfüllung der
Arme der Dreieckskonstelllation vitationswellen, nachweisen. Sie Für die LISA-Mission werden Projektanforderungen. Die Ko-
in niederfrequenten Bereichen entstehen bei großen astrophy- viele neue Schlüsseltechnologien axialkabel von SSB-Electronic
des Spektrums Empfindlich- sikalischen Ereignissen wie der benötigt, bspw. Highend-Optik werden im Rahmen des Projektes
keiten erreichen, die von der Verschmelzung von Neutronen- oder Mikro-Triebwerke. In zahl- der Universität von Florida an
Erde aus nicht möglich sind [5]. sternen sowie von Schwarzen reichen Projekten weltweit wer- dem dortigen Precision Space
Das Ziel der LISA-Mission ist Löchern oder beim Urknall. Von den unterschiedliche Systeme Systems Laboratory (PSSL) in
es, erdgebundene Detektoren zu der Gravitationswellendetektion und Komponenten für die Mis- Gainesville für Teststände im
komplimentieren, um so neue mit LISA erhoffen sich For- sion entwickelt. Beispielsweise Rahmen der Technologieent-
Bereiche des Gravitationswel- schende weltweit neue Erkennt- arbeiten die Wissenschaftler wicklung eingesetzt. Laut dem
lenspektrums zu untersuchen. nisse über den Ursprung und die am Exzellenzcluster Quantum Hannoveraner Simon Barke,
Wie bodengestützte Detektoren Entwicklung des Universums. Universe der Uni Hamburg an einem der technischen Leiter
basiert LISA auf der sogenann- Der Start der LISA-Mission ist einem elektronischen Auslese- des PSSL, hängt der Erfolg
ten Laserinterferometrie. Dabei für 2034 geplant. Die LISA- system und optischen Aufbau- des PSSL-Teams aber auch der
werden zwei Laserstrahlen über- Raumfahrzeuge werden ca. ein ten für die Bodenausrüstung. gesamten LISA-Mission von
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Kabel und Verbinder
Basis eine inhärente, nichtline-
are Phasenänderung aufweisen,
wenn das Material den Tempera-
turbereich 15...25 °C durchläuft.
Diese Kabel sind somit für das
LISA-Projekt ungeeignet. Ko-
axialkabel von SSB-Electronic
hingegen, insbesondere Aircell
5, weisen einen flachen Tem-
peraturkoeffizienten über einen
weiten Temperaturbereich von
5 bis 50°C auf und gehören mit
einem Koeffizienten von max.
1,4 × 10-13 zu den phasensta-
bilsten Kabeln der Branche.
Daher entschied man sich, die
Koaxialkabel der Serie Aircell
5 von SSB-Electronic für einen
Teststand einzusetzen.
Quellen:
[1] www.lisamission.org/
Aufbau des Teststands am Precision Space Systems Laboratory © PSSL, Universität von Florida [2] Universität Hamburg: Dem
Universum lauschen. Knapp
der Phasenstabilität hochfre- Durch Temperaturschwan- das Testkabel geleitet, dessen 1,5 Millionen Euro Förderung
quenter Signale ab, mit deren kungen kann sich die Länge und Teilstück mit der Länge von für Teilnahme an ESA-Welt-
Hilfe Abstandsänderungen zwi- die elektrischen Eigenschaften 28 cm mit einem speziellen raummission, www.uni-ham-
schen den Testmassen verfolgt des Kabels verändern, was sich Gerät von 5 bis 50 °C erhitzt burg.de/newsroom/presse/2020/
werden. Diese 20-MHz-Signale in einer Phasenänderung der und abgekühlt wurde, als auch pm47.html
müssen auf ein Millionstel der Signale zeigt. Für das Projekt durch das Referenzkabel glei- [3] Martin Gohlke: Ein hoch-
Wellenlänge genau vermessen werden somit Kabel benötigt, cher Länge [8]. Dabei wurden symmetrisches Heterodynin-
werden, was einer Zeitauflö- die die Phase eines elektrischen fünf relevante Kabel betrachtet, terferometer zur Demonstration
sung im Pikosekundenbereich Signals bei Temperaturschwan- die unterschiedliche Dielektrika einer optischen Auslesung der
über Stunden entspricht. kungen nicht verändern. aufweisen: Polytetrafluorethy- Inertialsensoren des weltraum-
len (PTFE), Polyethylen (PE) basierten Gravitationswellen-
Um die Phasenstabilität unter-
und TF4TM (eigenes Dielek- detektors LISA, https://www.
Störendes Phasenrauschen, das schiedlicher Testkabel zu beur-
trium des Unternehmens TMS physics.hu-berlin.de/en/qom/
von jedem Gerät in der Mess- teilen, wurde die Änderung der
auf Basis von Fluorcarbon). Die publications/pdfs/DA_Martin_
kette verursacht wird, würde Ankunftszeit des Signals gegen-
Dicke der im Bild eingezeichne- Gohlke.pdf
diese extrem empfindlichen über der Temperaturänderung
ten Kurven entspricht der Spann-
Messungen verderben. Eine pro Meter gemessen. [4] www.aei.mpg.de/344324/lisa
weite der gemessenen Koeffizi-
begrenzende Rauschquelle sind Das Ausgangssignal wurde enten. Dabei zeigt sich, dass die [5] https://lisa.nasa.gov/
dabei die elektrischen Kabel. dabei geteilt und sowohl durch Kabel mit Dielektrika auf PTFE-
[6] Danielle Ivanov: UF awarded
NASA grant for space explora-
tion technology, The Gaines-
ville Sun, https://eu.gainesville.
com/story/news/2021/01/09/uf-
given-nasa-contract-build-lisa-
cms-space-exploration-techno-
logy/4125143001/
[7] Prof. Dr. Karsten Danzmann:
LISA Laser Interferometer Space
Antenna, www.elisascience.
org/files/publications/LISA_
L3_20170120.pdf
[8] Simon Barke: Inter-Space-
craft Frequency Distribution
for Future Gravitational Wave
Observatories, https://simon-
barke.com/download/Simon_
Barke-PhD_Thesis_2015-vor-
Tabelle 1: Spezifikation der Testkabel [8] (© Simon Barke) gelegt.pdf ◄
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