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{{Infobox Satellit
|name = LISA Pathfinder
|typ = Forschungssatellit
|bild = LISA Pathfinder (14257775333).jpg
|land =
|behörde = {{Esa}}
|nssdc_id = 2015-070A
|masse = 1,9 t (475 kg Nutzlast)
|abmessungen = 2,1 × 1,0 m
|apogäum =
|perigäum =
|bahn_neigung =
|bahn_umlaufzeit=
|exzentrizität =
|start = 3. Dezember 2015, 04:04 [[Koordinierte Weltzeit|UTC]]<ref>{{Internetquelle |autor=Manfred Lindinger |hrsg=FAZ |url=http://www.faz.net/aktuell/wissen/europas-neuer-forschungssatellit-nach-panne-perfekt-gestartet-13945828.html |titel=Europas neuer Forschungssatellit nach Panne perfekt gestartet |datum=2015-12-03 |zugriff=2015-12-03}}</ref>
|startplatz = [[Centre Spatial Guyanais|CSG]], [[ELV (Startrampe)|ELV]]
|trägerrakete = [[Vega (Rakete)|Vega]] VV06
|status = in einem Sonnenorbit (deaktiviert)
}}
'''LISA Pathfinder''' (''SMART-2'') war ein Forschungs- und Erprobungssatellit der [[Europäische Weltraumorganisation|ESA]] zum Test der Messgeräte und Technologien für die geplante Mission [[Laser Interferometer Space Antenna]] (LISA).<ref name="esa_170720">{{Internetquelle |autor=ESA |url=https://www.esa.int/Space_in_Member_States/Germany/Tschuess_LISA_Pathfinder_hallo_LISA |titel=Tschüss LISA Pathfinder, hallo LISA! |datum=2017-07-20 |abruf=2023-10-13}}</ref> Mit dem Satelliten wurden Techniken zum Nachweis von [[Gravitationswelle]]n erprobt. Dazu war es nötig, dass frei schwebende Testmassen in einem bisher nicht gekannten Maße gegeneinander bewegungslos sind. Hauptziel war die Demonstration, dass die angewendete Technik und Messmethode in der Praxis funktioniert. Dieses Ergebnis war durch Tests und Simulationen am Boden oder in einer erdnahen Umlaufbahn nicht erreichbar, sondern ausschließlich durch eine Raummission zu einem Punkt, an dem das Erdgravitationsfeld aufgehoben ist.

In einer frühen Planung noch als SMART-2 benannt, sollte mit dem Satelliten auch Technik für das [[Darwin (Weltraumteleskop)|Darwin-Weltraumteleskop]] getestet werden. Das Darwin-Projekt ging jedoch nicht über Planungen hinaus, sodass dafür keine Techniktests nötig wurden.

== Technik und Instrumente ==
Der Satellit wurde von [[Astrium|EADS Astrium]] gebaut und von [[IABG]] in [[Ottobrunn]] getestet.<ref> {{Webarchiv | url=http://www.astrium.eads.net/de/programme/lisa-pathfinder.html | wayback=20110914041020 | text=Astrium liefert LISA Pathfinder}}</ref> Außer der ESA waren noch mehrere nationale Weltraumagenturen finanziell und mit Technologiebeiträgen beteiligt, speziell Italien ([[Agenzia Spaziale Italiana|ASI]]); Deutschland ([[Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt|DLR]], [[Albert-Einstein-Institut ]]); das vereinigte Königreich ([[UK Space Agency|UKSA]]); Frankreich ([[Centre national d’études spatiales|CNES]]); Spanien ([[Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial|CDTI]]); Schweiz ([[Swiss Space Office|SSO]]); und Niederlande ([[Netherlands Institute for Space Research|SRON]]).<ref>[https://www.lisamission.org/grouplist/all Consortium]</ref>

Um Gravitationswellen mit einem [[Gravitationswellendetektor]] nachweisen zu können, müssen die Instrumente Gravitationsänderungen in der Größenordnung von 10<sup>−16</sup> [[Erdbeschleunigung|g]] und Entfernungsänderungen in einer Größenordnung von 10<sup>−12</sup> m in einem Frequenzbereich von 0,001 bis 0,1 Hz erfassen können. Bei LISA Pathfinder begnügte man sich mit einer um eine Größenordnung geringeren Messgenauigkeit. Während LISA Distanzmessungen zwischen Satelliten durchführen soll, die etwa 5 Millionen Kilometer voneinander entfernt sind, maß LISA Pathfinder den Abstand zweier Referenzkörper innerhalb des Satelliten. Überprüft wurde die Funktion der Messgeräte und des Messprinzips – aufgrund des geringen Abstands der Testmassen wurde ein Nachweis von Gravitationswellen für LISA Pathfinder nicht erwartet.

Als Messinstrument diente ein 64 × 38 × 38 cm großes und 150 kg schweres Technologietestgerät an Bord des Satelliten, das im Wesentlichen aus einer speziellen [[Optische Bank|optischen Bank]] und diversen Mess-, Steuerungs- und Kontrollsystemen besteht. Vor dem Start wurde das gesamte Raumfahrzeug präzise gewogen, um die Masse, den Schwerpunkt und die Trägheitsmomente zu kennen. Die Sonde enthält zwei Vakuumbehälter und jeweils eine würfelförmige Testmasse aus einer Gold-Platin-Legierung von [[Heraeus (Unternehmen)|Heraeus]] mit 46 mm Kantenlänge und 1,96 kg Masse, welche bei der Messung darin frei in einem Abstand von etwa 40 cm schweben. Hauptnutzlast ist neben den Testmassen ein [[Laserinterferometer]], welches den Abstand der beiden Würfel bestimmt. Es besteht aus einem 20 × 20 cm großen Block aus [[Zerodur]]-Glaskeramik mit 22 Spiegeln und [[Strahlteiler]]n. Das Laserlicht wird über zwei [[Glasfaser]]n in die Bank eingespeist.

Zur exakten Lageregelung des Satelliten werden [[Antriebsmethoden für die Raumfahrt#Feldemissionstriebwerk|elektrische Triebwerke]] (Field Emission Electric Propulsion) eingesetzt. In diesem Fall sind es schwache Ionentriebwerke mit [[Cäsium]] als Antriebsmedium mit einer Schubkraft von 0,1 bis 150 µN, die aber nur außerhalb der Messzeiten verwendet werden durften.<ref>Fliegerrevue Juni 2009, S. 46–47, LISA Pathfinder – Auf der Spur der Gravitationswellen</ref>

== Mission ==
[[Datei:Animation of LISA Pathfinder trajectory - Polar view.gif|mini|Polaransicht der Flugbahn]]
Der Start war zunächst für 2008 vorgesehen, wurde dann mehrfach verschoben<ref>{{Internetquelle |hrsg=ESA |url=http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/LISA_Pathfinder_overview |sprache=en |titel=LISA Pathfinder overview |datum=2013-01-10 |zugriff=2013-05-07}}</ref> und erfolgte schließlich am 3. Dezember 2015 mit einer [[Vega (Rakete)|Vega-Rakete]].

Nach dem erfolgreichen Start und dem Erreichen der endgültigen Position wurde am 22. Januar 2016 der Raketenmotor abgeworfen.<ref>{{Internetquelle |hrsg=ESA |url=http://sci.esa.int/lisa-pathfinder/57247-lisa-pathfinder-arrives-at-its-worksite/ |sprache=en |titel=LISA Pathfinder arrives at its worksite |datum=2016-01-22 |zugriff=2016-02-12}}</ref> Der Raketenmotor mit dem Resttreibstoff hätte durch seine Eigenmasse die Messergebnisse verfälschen können. LISA Pathfinder befand sich für den Test in einem 500 000 km × 800 000 km [[Lissajous-Orbit]] um den Sonne-Erde-[[Lagrange-Punkt|Librationspunkt]] L1 im Abstand von ca. 1,5 Mio km von der Erde. Seit dem 22. Februar 2016 befanden sich die beiden Testmassen im „freien Fall“ innerhalb der Messapparatur, ohne jegliche Beeinflussung von außen. Nach dem Lösen der mechanischen Verbindungen waren diese bis dahin noch mit elektrostatischen Kräften auf Position gehalten worden.<ref>{{Internetquelle |hrsg=ESA |url=http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Freefall_achieved_on_LISA_Pathfinder |sprache=en |titel=Freefall achieved om Lisa Pathfinder |datum=2016-02-24 |zugriff=2016-02-24}}</ref> Wissenschaftliche Untersuchungen begannen am 8. März 2016.<ref>{{Internetquelle |hrsg=ESA |url=http://sci.esa.int/lisa-pathfinder/57559-a-perfectly-still-laboratory-in-space/ |sprache=en |titel=A perfectly still laboratory in space |datum=2016-03-08 |zugriff=2016-03-10}}</ref>

Während des freien Falls wurden zwei unterschiedliche Antriebstechnologien eingesetzt und getestet: einmal [[Kaltgastriebwerk|Kaltgas]]-Micronewton-Antrieb und der Colloidal-Micronewton-Antrieb der NASA. Beide Systeme geben nur minimale Schubkräfte ab, die den Satelliten entsprechend den Würfeln im Inneren nachführten. Zum Test gehörten auch verschiedene Experimente, um die beiden Testmassen künstlich gegeneinander abzulenken. Das Testsystem sollte darauf entsprechend reagieren und Stärke und Richtung der einwirkenden Kräfte berechnen. Als letztes Experiment wurde der Mechanismus zum Einfangen und Loslassen der Testmassen extremen Tests ausgesetzt, um die technologischen Grenzen auszutesten.

Im April 2017 wurde ein vorläufiges Deorbit-Manöver durchgeführt, das die Sonde in einen heliozentrischen [[Friedhofsorbit]] transferiert. LISA Pathfinder erfasste noch bis zum 30. Juni 2017 Daten und wurde am 18. Juli 2017 deaktiviert.<ref>{{Internetquelle |autor=ESA |url=http://sci.esa.int/lisa-pathfinder/59238-lisa-pathfinder-to-conclude-trailblazing-mission/ |sprache=en |titel=LISA Pathfinder to conclude trailblazing mission |datum=2017-06-20 |zugriff=2017-06-21}}</ref><ref name="esa_170720"/>

== Ergebnisse ==
Am 7. Juni 2016 gab die ESA die Ergebnisse der ersten zwei Monate des wissenschaftlichen Betriebs bekannt – die erzielte Messgenauigkeit übertraf die Anforderungen um das Fünffache und ist bereits nahe an den geplanten Anforderungen für LISA.<ref>{{Internetquelle |url=http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.231101 |sprache=en |titel=Sub-Femto-g Free Fall for Space-Based Gravitational Wave Observatories: LISA Pathfinder Results |datum=2016-06-07 |zugriff=2016-07-01}}</ref>

Am 7. Dezember 2016 begann nach zwischenzeitlichen Tests eines neuartigen Antriebs eine zweite Phase wissenschaftlichen Betriebs,<ref>{{Internetquelle |autor=ESA |url=http://sci.esa.int/lisa-pathfinder/58633-lisa-pathfinder-s-pioneering-mission-continues/ |sprache=en |titel=LISA Pathfinder's pioneering mission continues |datum=2016-12-13 |zugriff=2017-06-29}}</ref> die dem besseren Verständnis des Systems und damit möglicher Reduktion von Störsignalen diente. Primär ging es dabei um zwei Rauschquellen. Unterhalb von 0,6 mHz dominieren noch nicht verstandene Folgeeffekte von Triebwerksmanövern, zwischen 0,6 und 50 mHz dominieren in der Messkammer eingeschlossene Luftmoleküle, die mit den Testmassen kollidieren. Durch besseres Verständnis der Sonde bzw. das Entweichen von Luftmolekülen in den Weltraum konnte eine deutliche Verbesserung erreicht werden. Oberhalb von 50 mHz dominierte Sensorrauschen, das aber bereits um einen Faktor 100 unter den Anforderungen liegt und daher keine Rolle mehr spielte.<ref>M. Armano et al.: ''Sensor Noise in LISA Pathfinder: In-Flight Performance of the Optical Test Mass Readout''. In: ''Phys. Rev. Lett.'' 126, 131103, 2021, {{DOI|10.1103/PhysRevLett.126.131103}}</ref>

Am 5. Februar 2018 veröffentlichte die ESA die finalen Ergebnisse<ref>{{Internetquelle |url=http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/ESA_creates_quietest_place_in_space |sprache=en |titel=ESA creates quietest place in space |datum=2018-02-05 |zugriff=2018-02-07}}</ref>; die Messgenauigkeit konnte durch das zwischenzeitliche Entweichen störender Luftmoleküle und das bessere Verständnis von Störquellen nochmals gesteigert werden und übertrifft nun auch die für die eigentliche LISA-Mission anvisierte Messgenauigkeit.

Im Testbetrieb konnte der Einfluss von kosmischen Partikelstrahlungen gemessen werden, hauptsächlich von elektrisch geladenen Partikeln wie Protonen und Elektronen. Ein NASA-Team benutzte LISA Pathfinder als Detektor für [[Mikrometeorit]]en. Jeder Einschlag in die Sonde verursacht eine kleine Bewegung des Satelliten gegenüber den Würfeln im Inneren. Die Elektronik gleicht nun diese Verschiebung aus, indem die Triebwerke eingesetzt werden. Aus diesen Daten lassen sich wiederum Impuls und Richtung des Staubteilchens gewinnen. Durch längere Beobachtung lassen sich statistische Daten über die Staubverteilung am [[Lagrange-Punkte|Lagrange-Punkt]] L1 gewinnen, was wiederum Prognosen über die Belastung durch Mikrometeoriten zukünftiger Missionen zum L1-Punkt zulässt. Da auch die Richtung, aus der Staubteilchen auftreffen ermittelt wird, erhofft man sich Erkenntnisse über die Verteilung von Staubteilchen außerhalb der Erdumlaufbahn. Da L1 ca. 1,5 Mio. km von der Erde entfernt ist, geht man davon aus, dass dort erheblich weniger Mikrometeoriten sind, als in Erdnähe.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.elisascience.org/news/top-news/nasa-team-explores-using-lisa-pathfinder-comet-crumb-detector |titel=News: Top News {{!}} LISA Gravitational Wave Observatory |sprache=en |zugriff=2017-06-04 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20170805180234/https://www.elisascience.org/news/top-news/nasa-team-explores-using-lisa-pathfinder-comet-crumb-detector |archiv-datum=2017-08-05 }}</ref>

Die Ergebnisse flossen in die 2017 getroffene Entscheidung des ESA-Wissenschaftskommitees ein, die [[Laser Interferometer Space Antenna|LISA-Mission]] nach [[JUICE (Raumsonde)|JUICE]] und [[Advanced Telescope for High Energy Astrophysics|Athena]] als dritte Large-Class Mission der ESA vorzuschlagen. Large-Class Missionen zeichnen sich aus durch die aufwendige Neuentwicklung von Technologie, haben lange Vorbereitungszeiten, lange Laufzeiten und einen großen Kostenrahmen von rund 1 Mrd. Euro, sodass nur ca. ein solches Projekt pro Jahrzehnt umgesetzt werden kann.<ref>{{Internetquelle |url=https://sci.esa.int/web/lisa/-/61367-mission-summary |titel=ESA Science & Technology - Mission Summary |abruf=2023-10-15}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/LISA_mission_moves_to_final_design_phase |titel=LISA mission moves to final design phase |sprache=en |abruf=2023-10-15}}</ref> Die Durchführung der LISA-Mission wurde im Januar 2024 beschlossen.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Capturing_the_ripples_of_spacetime_LISA_gets_go-ahead |titel=Capturing the ripples of spacetime: LISA gets go-ahead |sprache=en |abruf=2024-01-25}}</ref>

== Weblinks ==
{{Commonscat|LISA Pathfinder}}
* [http://sci.esa.int/lisa-pathfinder/ Aktuelle Informationen zu LISA Pathfinder von der ESA]
* [http://www.space-airbusds.com/de/programme/lisa-pathfinder.html EADS Astrium – LISA Pathfinder]
* [https://www.aei.mpg.de/344455/lisa-pathfinder Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut Hannover)]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste Raumsonden und Satelliten der ESA}}

[[Kategorie:Forschungssatellit (Physik)]]
[[Kategorie:Europäische Weltraumorganisation]]
[[Kategorie:Raumfahrtmission 2015]]

LISA Pathfinder - Versionsgeschichte

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