ILA: Gemeinsam forschen für den Weltraum

Um diesen und weiteren Herausforderungen der unbemannten Raumfahrt besser zu begegnen, haben 13 Fraunhofer-Institute nun ihr Know-how in der Allianz Space gebündelt. Auf der Messe ILA Berlin Air Show vom 20. bis 25. Mai (Halle 4, Stand 4202) zeigen sie erstmals eine Software, die Crashs von Weltraumschrott mit Satelliten simuliert sowie Mikrokühlsysteme für elektronische Bauteile.

Wissenschaftler der Fraunhofer-Allianz Space stellen ihre aktuellen Projekte auf der ILA vor. »Der Messestand ist der erste gemeinsame Auftritt unserer Allianz Space, die im Februar 2014 startete«, sagt Thomas Loosen von der Geschäftsstelle der Allianz. Die Forscher sind untereinander und mit externen Partnern gut vernetzt und bündeln ihre technologische Vielfalt, um Systemlösungen für die Raumfahrt zu erarbeiten. Durch die Zusammenarbeit wollen die Fraunhofer-Wissenschaftler ihre Potenziale noch besser ausschöpfen.

Wirkung einer Kollision mit Weltraumschrott vorhersagen

Für Satelliten wird es zunehmend gefährlicher: Immer mehr Müll schwirrt im Weltraum umher. Auch kleinste Meteoriten können zum Verhängnis werden, wenn sie auf Flugkörper prallen. Wie wahrscheinlich es jedoch ist, dass bestimmte Komponenten nach einem solchen Zusammenstoß nicht mehr funktionieren, ließ sich bisher kaum vorhersagen. Schlägt ein Stück Weltraummüll ein Loch in die Außenhülle, so macht das in vielen Fällen nichts – solange die Splitter die einzelnen Komponenten nicht so stark schädigen, dass sie ausfallen.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI in Freiburg haben nun eine Software entwickelt, die errechnet, welche Bedrohungen durch Teilchen im Erdorbit lauern und wie verwundbar die einzelnen Bauteile der Satelliten durch Einschläge sind. »Mit unserer Software PIRAT können wir die Ausfallwahrscheinlichkeit der einzelnen Bauteile erstmalig realistisch vorhersagen und die Wirkung entsprechender Schutzmaßnahmen überprüfen«, bestätigt Scott Kempf, Projektleiter am EMI. Das Programm soll in Kürze auf den Markt kommen. Auf der Messe können es Besucher bereits testen und die Wirkung von Einschlägen kleinster Partikel auf Satellitenkomponenten beobachten.

Wärme von elektronischen Komponenten effektiv ableiten

Elektronische Komponenten – beispielsweise Computerprozessoren – müssen gekühlt werden. Das geschieht über Kühlbleche. Diese nehmen jedoch kostbaren Platz ein und erhöhen das Gewicht der Satelliten. Künftig können diese Kühlbleche um etwa 20 Prozent kleiner werden. Möglich macht dies eine neue Technologie aus dem Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI in Berlin. »Wir bestrahlen eine Metalloberfläche mit einem Laserstrahl«, erklärt Dr. Stefan Kontermann vom HHI. »Dabei entsteht eine selbstorganisierte Struktur, die dazu führt, dass die Oberfläche die Wärme besser abgeben kann.« Eingesetzt werden kann die Technologie bei fast allen Metallen und Halbleitern. Den Effekt verdeutlichen die Forscher auf der Messe mit Hilfe einer Wärmebildkamera.
Auf zum Merkur

Der Merkur ist ein noch weitgehend unbekannter Planet. Nur zwei amerikanische Sonden landeten dort bisher. Neue Erkenntnisse soll die BepiColombo-Mission liefern, die die Europäische Weltraumorganisation ESA gemeinsam mit der Japanischen Aerospace Exploration Agency JAXA durchführt. Die Wissenschaftler hoffen etwas über das Magnetfeld, den Aufbau sowie weitere Eigenschaften des Merkurs herauszufinden – und daraus Rückschlüsse ziehen zu können, wie sich der Planet entwickelt hat und wie unser Sonnensystem entstanden ist. Nach einem mehr als sechs Jahre langen Flug müssen die Sonden an ihrem Ziel starke Temperaturschwankungen überstehen.

Die Spitzentemperaturen liegen bei mehr als 300 Grad Celsius. Kühllamellen aus Titan, die auch auf der ILA zu sehen sind, sollen die wertvolle Fracht vor dieser Hitze schützen. Forscher am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST haben die Lamellen dazu mit einer dünnen Kupferschicht überzogen. Die optischen Komponenten des Teleskops und des Spektrometers, also die Spiegel und Gitter, haben ihre Kollegen am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena entwickelt und gefertigt – gemeinsam mit der Firma Kayser-Threde und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR in Berlin.

Freigeformte Spiegel für den Weltraum

Satelliten liefern hochaufgelöste Bilder der Erdoberfläche und ermöglichen Erdbeobachtung sowie Wettervorhersage. Damit die Detektoren im Satelliten die Informationen erfassen können, sind Metallspiegel mit einem besonderen Eigenschaftsspektrum notwendig: Die Spiegel müssen zum einen exakt geformt und zum anderen dürfen ihre Oberflächen nicht zu rau sein. Eine neues Verfahren, um solche ultrapräzisen Spiegel herzustellen kommt aus dem IOF.

Die Wissenschaftler haben eine bekannte Methode, das Magnetorheological Finishing MRF, von Glas- auf Metallspiegel übertragen. So lassen sich bis zu einem Meter große und freigeformte Spiegel bearbeiten. Das Ergebnis: Sie weichen nicht mehr als ein bis zwei Zehntel Mikrometer von der gewünschten Form ab. »Die Genauigkeit ist ähnlich wie bei anderen hochauflösenden, teuren Bearbeitungstechniken. Wir können den Spiegel frei gestalten und glätten die Oberfläche bereits bei der Formgebung. Uns ist es gelungen, den Anwendungsbereich von infrarotem auf sichtbares Licht zu erweitern und wir sparen noch einen Arbeitsschritt«, erläutert Matthias Beier, Forscher am IOF.

http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2014/Mai/gemeinsam-forsch… Presseinformation und Ansprechpartner
http://www.fraunhofer.de/de/veranstaltungen-messen/messen/ila2014.html Fraunhofer auf der ILA
http://www.fraunhofer.de/de/institute-einrichtungen/verbuende-allianzen/weltraum… Fraunhofer-Allianz Space