Die Raumsonde LISA Pathfinder (LISA steht für Laser Interferometry Space Antenna) ist nach einem tadellosen Start auf dem Weg zum 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernten Librationspunkt 1. Dort soll sie in einem Halo-Orbit um diesen Punkt stationiert werden, und dabei Technologien erproben, die in einer zukünftigen Mission zum Nachweis von Gravitationswellen führen könnten. Der Start des vierstufigen Trägers vom Typ Vega mit der Sonde an der Spitze erfolgte um 6:04 Uhr mitteleuropäischer Zeit (1:04 Uhr lokaler Ortszeit) vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana.

Eine Stunde und 46 Minuten nach dem Verlassen der Startrampe gab die Avum-Oberstufe der Trägerrakete LISA Pathfinder auf einem Übergangsorbit frei. Diese elliptische Bahn um die Erde weist ein Perigäum von 207 Kilometern, ein Apogäum von 1.504 Kilometern und eine Bahnneigung zum Erdäquator von 5,96 Grad auf. Von dieser Bahn aus wird sich LISA Pathfinder nun mit dem eigenen Antriebsmodul weiter bewegen. Das erste Test-Brennmanöver ist für den 6. Dezember angesetzt. Danach wird es sechs weitere Zündphasen geben, in der das Apogäum der Umlaufbahn nach und nach angehoben wird, bis schließlich Erdfluchtgeschwindigkeit erreicht wird. Das letzte dieser Manöver wird die Raumsonde auf den Weg zu L1 bringen. Danach finden nur noch kleineren Brennmanöver statt, mit denen die Transferbahn korrigiert wird.

Es war dies die sechste Mission der VEGA, einer Trägerrakete für kleinere Nutzlasten, die hauptsächlich in Italien entwickelt und gebaut wurde. Die Rakete ist vierstufig. Die drei unteren Antriebseinheiten werden mit festen Treibstoffen betrieben, die Oberstufe mit der Bezeichnung „Avum“ arbeitet mit flüssigen Treibstoffen. LISA Patfinder wiegt zusammen mit seinem Antriebsmodul 1.906 Kilogramm. Das ist die schwerste Nutzlast, die eine Vega bislang in den Orbit gebracht hat. Die sechseckige Sonde alleine wiegt dabei aber nur 408 Kilogramm.

Entwicklung und Bau dieses experimentellen Raumfahrzeugs dauerten 10 Jahre und kosteten 630 Millionen Euro. Die LISA Pathfinder-Mission ist in jeder Hinsicht speziell. Sie unterscheidet sich von anderen Raumfahrtmissionen dadurch, dass sie selbst der Untersuchungsgegenstand ist, und nicht etwa Planeten, Sterne oder Galaxien. Die Ingenieure bauten ultrasensible Bewegungssensoren ein, neuartige Mikro-Triebwerke und zwei jeweils knapp zwei Kilogramm schwere würfelförmige Messkörper aus einer Gold-Platin-Legierung ein, die sogenannte „Testmasse“.

Die Aufgabe der Sonde besteht darin, die Messkörper von allen nicht-gravitativen Kräften vollständig abzuschirmen. Das Ziel ist es, wie es ein Projektwissenschaftler etwas flapsig formulierte, den „besten freien Fall aller Zeiten“ durchzuführen. Das Raumfahrzeug wird den Würfeln nachgeführt, so dass diese immer im Zentrum des Raumfahrzeugs schweben. Keinesfalls dürfen sie mit irgendeinem Teil der Sonde in Kontakt kommen. LISA Pathfinder ist eigentlich nichts anderes, als ein enorm teurer, hochkomplexer und dennoch extrem kompakter Testaufbau. Die Sonde selbst ist nicht in der Lage Gravitationswellen festzustellen.

Die unglaublich feinen Anpassungen an die Geschwindigkeit, die notwendig sind, um die Würfel exakt auszurichten, werden durch Mikro-Ionentriebwerke erzeugt, sogenannte FEEP-Einheiten. (für Field Emission Electric Propulsion). Diese Mikro-Raketentriebwerke sollen in der Lage sein, die Messwürfel mit einer Präzisison zu steuern, die dem Durchmesser eines DNA-Moleküls entspricht. Für geringfügig gröbere Manöver, aber auch die dürfen nur Bewegungen in Moleküldurchmesser-Bereich erzeugen, gibt es an Bord Kaltgas-Triebwerke die mit Stickstoff betrieben werden.

Die Technologien, die mit Lisa Pathfinder erprobt werden, sollen dazu führen, dass die „richtige“ LISA-Mission, bestehend aus drei Raumfahrzeugen in einer heliozentrischen Umlaufbahn, etwa Mitte der 30iger Jahren gestartet werden kann. Diese drei Raumsonden werden dann in einem gleichschenkligen Dreieck im Abstand von einer Million Kilometern zueinander stationiert. Auch in diesen drei LISA-Sonden werden sich dann wieder Gold/Platinwürfel befinden. Die Bewegungsveränderungen der drei Würfel werden dann bis auf einen Atomdurchmesser genau gemessen. Erst dann kann man durch die Messung unglaublich kleiner Schwankungen in der Distanz zwischen den drei Sonden– möglicherweise – erstmals Gravitationswellen nachweisen.

LISA Pathfinder wurde von Airbus DS Ltd. in Stevenage gebaut. Das Antriebssegment basiert auf dem Propulsion-Modul der kommerziellen Eurostar 2000 Kommunikationssatelliten. Mit dieser Einheit wird die Raumsonde bis Ende Januar verbunden bleiben. Nach der Trennung beginnt eine mehrwöchige Indienststellungsphase und danach eine sechsmonatige primäre Wissenschaftsmission, die noch um ein weiteres halbes Jahr ausgedehnt werden kann.

Die erste Maßnahme, welche die Sonde vornehmen muss, ist die Freigabe der beiden Messkörper im Inneren der Plattform. Bereits dieses Manöver ist eine technologische Herausforderung für sich. Die Gold-/Platinwürfel sind bei Start und Transfer mit nadelartigen Halterungen fixiert. Diese Fixierungen müssen extrem vorsichtig und langsam weggezogen werden, um Mikrobeschleunigungen zu vermeiden. Die Halterungen müssen sich etwa fünf Zentimeter vom Würfel wegziehen. Danach schweben die Testmassen frei im Raum. Mittels eines komplexen Lasersystems werden dann die Bewegungen des Würfels auf einen Picometer genau gemessen, das entspricht einem hundertstel Atomdurchmesser.