Atomic Clock Ensemble in Space

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Externe Forschungsplattformen am Columbus-Raumlabor

Das Atomic Clock Ensemble in Space (kurz: ACES) ist eines der externen Experimentallabore, die am Columbus-Raumlabor, dem Wissenschaftslabor der ESA für die Internationale Raumstation, befestigt werden soll. Hierzu dient eine Nutzlastpalette; für ACES ist die der Erde zugewandte Palette vorgesehen. Es ist nicht zu verwechseln mit SolACES, einem Versuch zur Messung der Einflüsse durch VUV-Strahlung. ACES 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 ist die Firma Astrium beauftragt.

Die gesamte Einheit soll eine Masse von 227 kg haben und eine elektrische Leistungsaufnahme von 470 W. Die Versuchsdauer ist mit 18 Monaten angesetzt. Der Start ist derzeit für 2016^[veraltet] an Bord eines unbemannten Raumfrachters (HTV oder Dragon) geplant.^[1]

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 hat.

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.