LISA Laser Interferometer Space Antenna. LISA Technologiedemonstrator LISA Pathfinder LTP

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Kristina Silvia Küchler
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1 LISA Laser Interferometer Space Antenna und LISA Technologiedemonstrator LISA Pathfinder LTP Projekt-Status und Möglichkeiten der Zusammenarbeit Dr. Ulrich Johann DLR - Raumfahrt-Industrietage in Friedrichshafen 13./14. Mai 2009

Projekt-Status und Möglichkeiten der Zusammenarbeit Dr.

2 LISA Laser Interferometer Space Antenna Missionsziel Messung und Charakterisierung von Gravitationswellen im Frequenzbereich von 0.1 mhz bis 1 Hz Anwendung von Laserinterferometrie über eine Entfernung von 5 Mio. km Hochpräzise Messung auf 12 pm/ Hz bei 5 mhz Drag-Free Regelung auf 2 nm/ Hz und m/s 2 / Hz (Zusammenarbeit mit ZARM/Uni Bremen) Auftraggeber ESA Später: ESA und NASA GSFC+JPL Astrium-Rolle Hauptauftragnehmer für Mission-Formulation Studie Vollständiger Missionsentwurf mit Schwerpunkt auf der optischen Nutzlast 19/12/2006 Page 2

km Hochpräzise Messung auf 12 pm/ Hz bei 5 mhz Drag-Free Regelung auf 2 nm/ Hz und 3 10-15 m/s 2 / Hz (Zusammenarbeit mit ZARM/Uni Bremen)

LISA Laser Interferometer Space Antenna Zeitplan und Meilensteine Payload Architecture Reviews: April 2007 Oktober 2007 Mission Design Review Juni 2008

3 LISA Laser Interferometer Space Antenna Zeitplan und Meilensteine Payload Architecture Reviews: April 2007 Oktober 2007 Mission Design Review Juni 2008 Design Consolidation Review Dez Definition Phase (A/B1) Beginn/Mitte 2010 Implementation Phase (B2/C/D) Anfang/Mitte 2012 Start: /12/2006 Page 3

Hannover/TNO Polarisierende Interferometrie Basismaterial Zerodur Schott Optische Elemente ITT gerade beendet:

4 Laufende Technologieprogramme Bereits begonnen: Point-Ahead Aktuator Drehbarer Spiegel im optischen Pfad 2 Aufträge von ESA an TNO und Ruag/CSEM Optische Bank 1 Auftrag von ESA an Astrium/Universität Glasgow/ Albert Einstein Institut Hannover/TNO Polarisierende Interferometrie Basismaterial Zerodur Schott Optische Elemente ITT gerade beendet: Hochstabile Teleskopstruktur Pfadlängenstabilität im pm-bereich Absolutgenauigkeit im µm-bereich CFK-Technologie Xperion 19/12/2006 Page 4

Zukünftige Technologieprogramme Erwartete Ausschreibungen: Lasersystem (Mai/Juni 2009) 2 W kontinuierliche Laserleistung stabilisiert auf 300

Front-End Design Aktuator für Teleskopbewegung (Ende 2009) Drehung der Teleskope um ±1,5 Genauigkeit im nrad/ Hz Bereich Piezo-Inchworm? PI?

5 Zukünftige Technologieprogramme Erwartete Ausschreibungen: Lasersystem (Mai/Juni 2009) 2 W kontinuierliche Laserleistung stabilisiert auf 300 Hz/ Hz bei 5 mhz Phasenmeter/Phasenmessung (2009) Hochgenaue Phasenmessung (1 pm) Digitale Signalverarbeitung für 20 MHz Signale Analoges Front-End Design Aktuator für Teleskopbewegung (Ende 2009) Drehung der Teleskope um ±1,5 Genauigkeit im nrad/ Hz Bereich Piezo-Inchworm? PI? Sonstiges (Entwicklung in Phase B/C/D): Fokusiermechanismus Verschiebung von Linsen im optischen System Optisches Teleskopdesign 19/12/2006 Page 5

6 LISA Ansprechpartner in Astrium Programm Dr. Ulrich Johann Projektleiter Dr. Peter Gath Tel.: Systemingenieur Dr. Dennis Weise Tel.: Procurement N/A 19/12/2006 Page 6

: +49-7545-8-2375 email: peter.gath@astrium.eads.

7 19/12/2006 Page 7

8 LISA Pathfinder 19/12/2006 Page 8

9 LISA Pathfinder Key Technology Verification in Space for LISA Mission objective Verify in space the isolation of free falling test masses from environmental disturbance close to the LISA requirements (residual acceleration m/s 2 /sqrt Hz in the low frequency band 1 mhz to 1 Hz) Apply pm laser interferometry to verify the LISA interferometry and to measure and control the relative free fall motion of two test masses (residual motion resolution 9 pm / sqrt 1 mhz Verify spacecraft drag free control to keep trst masses in free fall Mission frame Customer: ESA, DLR/AEI + furnished items from European national agencies Implementation phase since 2005 Launch in 2011 Position at L1 (1.5 Mio km from earth) after VEGA launch Astrium role Mission prime: Astrium Ltd Instrument (LTP) prime and instrument operations: Astrium GmbH 19/12/2006 Page 9

motion of two test masses (residual motion resolution 9 pm / sqrt Hz @ 1 mhz Verify spacecraft drag free control to keep trst masses in free fall Mission frame Customer: ESA, DLR/AEI + furnished

10 LTP Consortium (Customers, Sub-Co Co s, Suppliers) LTP Architect: EADS Astrium, Immenstaad, D Customers: 19/12/2006 Page 10 ESA/ESTEC, Noordwijk AEI/DLR, Germany CNES, Paris, France ASI, Rom, Italy IEEC, Barcelona, Spain PPARC, UK in cooperation with: University of Trento, Italy (PI) Albert-Einstein-Institut, Hannover (Co-PI) ETH Zürich, Schweiz Carlo Gavazzi, Mailand, Italy ISS Alenia-Laben, Mailand, Italy CMA Kayser-Threde, München, D LA Tesat, Backnang, D RLU Kugler, Salem, D RLU University of Glasgow, UK OBI University of Birmingham, UK PMA Imperial College London, UK CMD Contraves, Zürich, CH FEE, LM SRON, Delft, Netherlands IS SCOE NTE, Barcelona, Spain DDS (in red contractual relations to ASD) (dashed box: german contracts)

Mailand, Italy ISS Alenia-Laben, Mailand, Italy CMA Kayser-Threde, München, D LA Tesat, Backnang, D RLU Kugler, Salem, D RLU University of Glasgow, UK OBI University of Birmingham, UK

11 LISA Pathfinder LTP: LTP Core Assembly Configuration 19/12/2006 Page 11

12 LTP: Inertial Sensor Head 6-lamp ULU 19/12/2006 Page 12

13 LISA Pathfinder LTP : Engineering Model of Interferometer Assembly (ESA, , Astrium/AEI, RAL/U.Glasgow, TNO) Laser interferometry bench 200x200 mm pm laser metrology nrad tip/tilt metrology Frequency Fiber Inputs x1 Reference x1-x2 19/12/2006 Page 13

Glasgow, TNO) Laser interferometry bench 200x200 mm pm laser

14 LTP: Optical Metrology Subsystem Elements (Albert Einstein Institut Hannover, Tesat, Contraves, KT) ¾ 9 * m Hz-1/2 * [1+(f/3mHz)2] for 3 30 mhz OBI 19/12/2006 PMU LMU RLU Page 14

15 LISA Pathfinder LTP: Spacecraft structure at ESTEC 19/12/2006 Page 15

16 LISA Pathfinder LTP: Spacecraft configuration of electronic units and core assembly S/C structure, Astrium Ltd./ Contraves DMU EM, NTE, Spain LTP CA EM, Astrium GmbH/ Uni Glasgow, AEI Hannover 19/12/2006 ISS, Carlo Gavazzi Space Page 16

Ltd./ Contraves DMU EM, NTE, Spain LTP CA EM, Astrium

17 LISA Pathfinder LTP: LTP Electronics Units Accommodation on Spacecraft LGA PCDU Ultra-Violet Lamp Unit Data Management Unit (DMU) IS FEE PCU MGA Caging Control Unit (CCU) 19/12/2006 Page 17

18 LTP: Payload Processor DMU FM DMU 19/12/2006 Page 18

19 LTP: Overview on Instrument Electrical Models DMU (NTE Spain) CCU (Thales Alenia, I) LCU (KT, D) IS FEE (SAU & SSU) (ETH, Contraves, CH) ULU BBR(IC, UK) PMU BBR (UB, UK) 19/12/2006 Page 19

20 LTP Contact in Astrium Project Dr. Ulrich Johann Tel.: Deputy project lead Dieter Kolbe Tel.: Procurement N/A (finished) 19/12/2006 Page 20

net Deputy project lead Dieter Kolbe Tel.

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