Atomic Clock Ensemble in Space

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Externe Forschungsplattformen am Columbus-Raumlabor

Das Atomic Clock Ensemble in Space (kurz: ACES) ist ein Experimentallabor, das 2025 am Columbus-Raumlabor, dem Wissenschaftslabor der ESA für die Internationale Raumstation (ISS), befestigt wurde. Hierzu dient eine Nutzlastpalette auf der der Erde zugewandte Seite der ISS.<ref>https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/ACES_finds_its_home_in_orbit</ref> ACES ist nicht zu verwechseln mit SolACES, einem Versuch zur Messung der Einflüsse durch VUV-Strahlung. Es dient zum Test einer neuen Generation von Atomuhren unter den Bedingungen der Mikrogravitation. Damit soll eine genauere globale Zeitbestimmung (z. B. für GNSS, insbesondere Galileo) ebenso wie eine Evaluation der Relativitätstheorie möglich werden. Mit der Herstellung war die Firma Astrium beauftragt.

Die gesamte Einheit soll eine Masse von 227 kg haben und eine elektrische Leistungsaufnahme von 470 W.<ref name="eoportal">ISS Utilization: ACES / PHARAO – eoPortal Directory – Satellite Missions. Abgerufen am 18. Dezember 2018 (). </ref> Ihre Fertigstellung wurde beispielsweise für 2010,<ref>https://web.archive.org/web/20090227142231/http://www.spaceflight.esa.int/users/downloads/factsheets/fs031_10_aces.pdf</ref> 2013,<ref>https://link.springer.com/article/10.1140/epjst/e2009-01041-7</ref> 2016,<ref>https://web.archive.org/web/20170212090948/http://www.spectratime.com/uploads/documents/ispace/ESA_CAS_Legacy_Appln.pdf</ref> 2018,<ref>https://pharao.cnes.fr/en/PHARAO/GP_platform_aces.htm</ref> 2021<ref>https://pharao.cnes.fr/en/PHARAO/index.htm</ref> und 2025<ref>Vorlage:Cite book/Name: [ ACES Workshop 2022.] CCSD, , archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am Vorlage:Cite book/URL; abgerufen am 8. März 2023 (). Vorlage:Cite book/URLVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung2Vorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung</ref> angekündigt. Die Versuchsdauer ist mit 18 Monaten angesetzt.<ref name="eoportal" />

Technische Details

Kern des Experiments ist eine Anordnung von zwei Atomuhren, die nach unterschiedlichen Verfahren arbeiten. Auch die Datenübermittlung zur Erde soll über zwei Übertragungswege erfolgen, zum einen über Mikrowellen, zum anderen über eine Laserstrecke. Damit sollen Laufzeiteffekte verdeutlicht werden, die Laufgeschwindigkeit von Wellen ist nicht konstant. Eine Uplink-Verbindung wird im Ku-Band etabliert, zwei Downlink-Verbindungen im S- und Ku-Band.

Als Uhren werden PHARAO (Projet d’horloge atomique par refroidissement d’atomes en orbite) als lasergekühlte Cäsium-Uhr (cold Cs-Clock) und SHM (Space Hydrogen Maser) als Wasserstoff-Maser eingesetzt. Dabei wurde die Bauform von PHARAO den bisher gewonnenen Erkenntnissen über Einflüsse auf Atomuhren im Orbit angepasst. Hierzu wurden mit einem PHARAO-Prototypen Zero-G-Versuche mit dem A300 der ESA durchgeführt, die Federführung lag dabei bei der CNES, die PHARAO entwickelt und im Juli 2014 fertiggestellt hat.<ref>Timely arrival of PHARAO space clock. 25. Juli 2014, abgerufen am 13. Januar 2017 (). </ref>

Beide Uhren werden durch einen internen Auswertungsrechner von ACES synchronisiert, dieser trägt die Bezeichnung FCDP (Frequency Comparison and Distribution Package). Hier werden auch die Zeitsignale für das Downlink aufbereitet.

Bodenstationen für Experimente

Für Versuche mit ACES sind eine ganze Reihe von Bodenstationen vorgesehen, die selbst Referenzuhren unterschiedlicher Bauart betreiben:

• Australien:

University of Western Australia in Perth

CSIRO in Sydney

• Brasilien:

Universität von São Carlos

• China:

NTSC

NIM

Shanghai Observatorium

• Deutschland:

Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig

Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching

Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover

Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

Technische Universität München

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

• Frankreich:

CNES

SYRTE in Paris

Laboratoire de Physique des Lasers in Villetaneuse (LPL)

Observatoire de Besançon

OCA

• Großbritannien:

National Physical Laboratory in Teddington

• Italien:

Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica in Turin

Universität Florenz

• Japan:

Universität Tokio

National Metrology Institute of Japan (NMIJ)

Communications Research Laboratory in Tokio (CRL)

• Kanada:

National Research Council (NRC)

• Österreich:

Leopold-Franzens-Universität in Innsbruck

• Russland:

VNIIFTRI in Mendelejewo (Moskau)

ILS in Nowosibirsk

• Schweiz:

Eidgenössisches Institut für Metrologie (METAS)

• USA:

Jet Propulsion Laboratory in Pasadena (Kalifornien)

United States Naval Observatory (USNO)

National Institute of Standards and Technology (NIST)

Weblinks

• ESA: ISS Utilization: ACES (Atomic Clock Ensemble in Space) / PHARAO. Abgerufen am 13. Januar 2017 (). 
• Website des ACES Projekts am CNES: ACES. 2. September 2016, abgerufen am 13. Januar 2017 (). 
• ESA: ACES Factsheet. (PDF) Abgerufen am 13. Januar 2017 (). 
• ESA: Atomic Clock Ensemble in Space (ACES) (Memento vom 16. Oktober 2012 im Internet Archive) (englisch)
• ESA: (ACES) Factsheet (Memento vom 27. Februar 2009 im Internet Archive) (englisch, 4 Seiten, PDF, 1,3 MB)

Einzelnachweise

<references />