Die Laseruhr des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt verliert alle 30 Millionen Jahre nur eine Sekunde

Eine von der Deutschen Raumfahrtagentur DLR entwickelte Laseruhr hat mit einer Abweichung von nur einer Sekunde alle 30 Millionen Jahre eine Rekordgenauigkeit für optische Uhren erreicht.

Das Laseruhr-Projekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt ist Teil der von der Agentur im Jahr 2020 gestarteten COMPASSO-Initiative mit dem Ziel, optische Schlüsseltechnologien für die zukünftige Satellitennavigation zu entwickeln. Die Federführung für das Laseruhr-Projekt übernimmt das DLR-Institut für Quantentechnologie in Ulm, das 2021 seine Türen öffnete.

Die vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt entwickelte Laseruhr arbeitet im Wesentlichen mit Laserlicht, das genau auf die Eigenschwingungsfrequenz von Jodmolekülen in einer Gaszelle abgestimmt ist. Diese Vibration ist sehr stabil und vorhersehbar, wodurch die Uhr äußerst präzise ist. Sie ist etwa 100-mal genauer als die mikrowellenbasierten Uhren, die heute an Bord von Satelliten verwendet werden.

„Sie weicht um weniger als 100 Pikosekunden pro Tag von der sogenannten Weltzeit ab. Eine Pikosekunde ist ein Millionstel einer Millionstel Sekunde. Diese Abweichung entspricht einer Sekunde alle 30 Millionen Jahre“, erklärte Klaus Braxmeier vom DLR-Institut für Quantentechnologien. „Wir schließen die Lücke zwischen der Genauigkeit traditioneller Satellitenuhren und den großen, schweren und hochwertigen Atomuhren, die derzeit an nationalen Messinstituten unsere globale Zeit bestimmen.“

Mikrowellenuhren, die in Navigationssatelliten eingesetzt werden, ermöglichen eine Genauigkeit bis in den metrischen Maßstab. Die neue Generation europäischer Galileo-Satelliten wird mithilfe von Atomuhren eine Genauigkeit von nur 20 Zentimetern erreichen. Laseruhren werden diese Genauigkeit noch weiter steigern und eine Genauigkeit auf den Zentimeter genau ermöglichen.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt entwickelt derzeit eine fliegende Version der Laseruhr, die ab 2027 an Bord der Internationalen Raumstation getestet werden soll. Im Februar 2021 unterzeichnete das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt mit Airbus einen Vertrag über 16,8 Millionen Euro für die Durchführung der Demonstration an Bord Raumstation Bartolomeo. Diese Demoversion der Uhr wird ungefähr die Größe von zwei Schuhkartons haben. Nach Angaben des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt besteht eine der grundlegenden Herausforderungen beim Betrieb im Weltraum darin, die Temperatur der Jod-Brennstoffzelle auf 20 Grad Celsius zu halten, unabhängig davon, ob sie im Schatten oder in der Sonne steht.