ESA vertraut auf GMV und DFM, um die nächste Generation optischer Uhren voranzutreiben

Die heutigen EGNOS- und Galileo-Bodeninfrastrukturen stützen sich auf bewährte kommerzielle Bodenuhrentechnologien (aktiver Wasserstoff-Maser, Cäsium und Rubidium), die die Leistung, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit sehr kritischer Funktionen in den Systemen gewährleisten, insbesondere die kontinuierliche Erzeugung der Galileo-Systemzeit. Diese Bodenuhren bestehen aus komplexen und nicht standardisierten Technologien, die nur von einer sehr begrenzten Anzahl von Zulieferern beherrscht und kontrolliert werden, und erfordern zudem ein komplexes Wartungs- und Veralterungsmanagement sowie eine langfristige Nachhaltigkeit der Lieferkette.

In den letzten Jahrzehnten wurden erhebliche Fortschritte in Wissenschaft und Technik bei neuen Arten von Atomuhren erzielt, die eine verbesserte Leistung aufweisen, unter anderem beispielsweise optische Uhren. Dies hat zur Einführung neuer kommerzieller Produkte in den USA oder zu ersten Leistungsnachweisen auf Prototypenebene in Europa geführt.

In Anbetracht der langen Zeit, die für die Entwicklung eines solchen neuen kritischen Produkts auf einem extrem kleinen Markt erforderlich ist, und der spezifischen programmatischen Anforderungen der europäischen GNSS-Bodeninfrastruktur ist eine erste Bewertung der europäischen Kandidatentechnologien erforderlich, bevor mit der Entwicklung einer operationellen Lösung, z. B. eines industriellen Produkts oder von Alternativen, begonnen werden kann.

GMV und DFM, das dänische Nationale Metrologische Institut, haben von der ESA einen Auftrag zur Vorentwicklung einer optischen Uhr erhalten. Ziel des Projekts ist es, die Uhr zu entwerfen und als Prototyp zu bauen, kritische Komponenten zu identifizieren und ihre Lieferkette zu sichern, um das Risiko für die Entwicklung einer kommerziellen Uhr zu einem späteren Zeitpunkt zu verringern. 

Die vorgeschlagene optische Uhr basiert auf einem Laser, der auf einen bestimmten Übergang des Acetylenmoleküls stabilisiert ist, und verwendet eine Spektroskopieeinheit und einen Rückkopplungsregelkreis. Die resultierende optische Frequenz wird mit Hilfe eines Frequenzkamms in ein Standard-Mikrowellensignal (10 MHz) umgewandelt. Es wird erwartet, dass eine solche Uhr eine Stabilität aufweist, die der eines heutigen aktiven Wasserstofflasers nahe kommt.