Schlüsselrolle bei James Webb
Das James-Webb-Weltraumteleskop ist am 25. Dezember 2021 erfolgreich gestartet und hat einige Monate später begonnen, unglaubliche Bilder von unserem Universum zu liefern. In dieser Geschichte erfahren wir mehr darüber, wie HENSOLDT - ein führendes Unternehmen für weltraumgestützte Technologien - eine Schlüsselrolle bei James Webb gespielt hat und wie diese Erfahrung bei der Lösung komplexer Herausforderungen künftige weltraumgestützte Lösungen für seine Kunden prägt.
Die Bedeutung des Raums
Der Weltraum spielt eine entscheidende Rolle in unserem Leben. Satelliten und Raumfahrzeuge, die von der Erde aus gestartet werden, erfüllen verschiedene Aufgaben, z. B. in der Forschung und Erkundung.
Dazu gehören auch Telekommunikation, Erdbeobachtung und globale Positionierung. Natürlich spielen die Weltraumaktivitäten auch eine Rolle für die nationale Sicherheit.
Das Vermächtnis der Raumfahrt seit Apollo
Wie der Weltraum selbst ist auch die Erfahrung von HENSOLDT in diesem Bereich sehr umfangreich. Das Unternehmen nutzt seine beträchtliche Erfahrung als Hersteller fortschrittlicher Sensoren und Komponenten, unter anderem in den Bereichen Optronik und Radar, um die extremen Anforderungen zu erfüllen, die der Weltraum stellt, sei es in der Tiefe des Weltraums oder in der Erdumlaufbahn.
"Wir sind in vielen verschiedenen Bereichen der Raumfahrtausrüstung und -instrumentierung tätig", erklärt Kai Weidlich, Leiter des Bereichs Raumfahrttechnik bei HENSOLDT Optronics. Unser Unternehmen kann sogar auf die Apollo-Missionen in den USA zurückblicken, bei denen die ersten Menschen auf dem Mond gelandet sind. Die beeindruckenden Aufnahmen wurden mit Kameras gemacht, die mit Optiken von Carl Zeiss Optronics, einem HENSOLDT-Unternehmen, ausgestattet waren.
Eine Reihe von Satelliten, die derzeit die Erde umkreisen - sei es in einer erdnahen oder geosynchronen Umlaufbahn - haben fortschrittliche HENSOLDT-Radar- und Optoelektronikkomponenten an Bord. Dies gilt auch für Raumfahrzeuge, die im Rahmen von Missionen, die mehr über unser Sonnensystem und das Universum erfahren wollen, tiefer ins All vordringen.
HENSOLDT liefert Sensorelemente für die bevorstehende Mission Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), darunter den Ganymed Laser Altimeter (GALA). GALA - eines von elf wissenschaftlichen Instrumenten an Bord - wird in der Lage sein, den Eismond Ganymed topografisch zu vermessen und könnte sogar herausfinden, ob es unter der Oberfläche Flüssigkeit gibt.
James Webb - eine Revolution in der Tiefenbeobachtung des Weltraums
Ein jüngster Erfolg von HENSOLDT - und ein klarer Beweis für seine Erfahrung in der Raumfahrt und seine Fähigkeit, komplexe Herausforderungen erfolgreich zu meistern - ist die Beteiligung an der NASA-Mission James Webb Space Telescope (JWST).
JWST ist laut NASA ein "umlaufendes Infrarot-Observatorium", das im Vergleich zum über 30 Jahre alten Hubble-Teleskop eine größere Wellenlängenabdeckung und eine wesentlich höhere Empfindlichkeit bietet. Der größere Wellenlängenbereich ermöglicht es den Astronomen, viel tiefer in das Universum hineinzuschauen, näher an den Anfang der Zeit, als sich die ersten Galaxien bildeten.
Die Astronomen erhalten sozusagen eine Zeitmaschine, mit der sie Milliarden von Jahren zurückblicken können. Um seine Aufgabe zu erfüllen, hat das JWST vier Instrumente an Bord, von denen zwei in Europa entwickelt und gebaut wurden: MIRI und NIRSpec. Die Kryomechanismen und die spektral aufspaltenden optischen Elemente dieser Instrumente wurden von der Optronikabteilung von HENSOLDT entworfen und hergestellt.
MIRI kann Licht im mittleren Infrarot-Wellenlängenbereich zwischen 5 und 28 µm aufspüren, so dass Webb Licht aufspüren kann, das durch den Weltraum vom Sichtbaren ins Infrarote "gestreckt" wurde, und auch Objekte im Weltraum beobachten kann, die durch kosmischen Staub verdeckt sind.
NIRSpec ist das "Arbeitspferd" von Webb und ermöglicht es, das Licht in verschiedene Wellenlängen aufzuteilen, was für ein Weltraumteleskop eine Premiere ist. Dies ermöglicht es den Wissenschaftlern, nicht nur Bilder zu sammeln, sondern auch die chemische Zusammensetzung von Sternen und ihre Entstehung zu erforschen.
Hohe Zuverlässigkeit ist der Schlüssel für Weltraummissionen
Viele der kritischen Hardware-Elemente an Bord des JWST flogen zum ersten Mal in den Weltraum und stellten die beteiligten Teams vor eine Reihe von technischen Herausforderungen. Dies erforderte ein sehr hohes Maß an Zuverlässigkeit und garantierter Leistung für jedes Teil der Instrumente.
Jeder noch so kleine Fehler im Weltraum kann eine ganze Mission gefährden und Investitionen in Milliardenhöhe könnten verloren gehen. Die Mechanismen in den Instrumenten eines Satelliten stellen einen einzelnen Fehlerpunkt (Single Point of Failure, SPF) dar, der sich auf die gesamte Mission auswirken kann, und in der Regel gibt es viele SPFs auf einem Raumfahrzeug.
Ebenso wichtig ist die Zuverlässigkeit bei Raumfahrzeugen, die für die Erforschung des Weltraums eingesetzt werden, wo sie über mehrere Jahre weit im Sonnensystem operieren und ein schneller Boxenstopp für Reparaturen nicht möglich ist!
Agenturen wie die NASA und die ESA haben strenge Normen aufgestellt, um sicherzustellen, dass die Raumfahrttechnologien sicher und zuverlässig sind und die gewünschte Leistung erbringen. Diese Standards ähneln den militärischen Standards, sind aber noch strenger als diese - ein Bereich, in dem HENSOLDT ebenfalls über langjährige Erfahrung verfügt, sowohl bei Radar- als auch bei optischen Sensoren. Alle mit HENSOLDT-Sensoren ausgestatteten Satelliten haben fehlerfrei und ohne Ausfälle funktioniert, in einigen Fällen weit über die ursprünglich geplante Lebensdauer der Systeme hinaus, wie z. B. TerraSAR oder TANDEM-X.
Überleben unter extremen Weltraumbedingungen
Technische Normen für die Raumfahrt sind von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass die Ausrüstung in den extremsten Umgebungen die gewünschte Leistung erbringt. Diese extremen Umgebungen beginnen auf der Erde, wenn eine Rakete eine Nutzlast aus der Atmosphäre in den Weltraum schießt; die auf die Geräte wirkenden G-Kräfte übersteigen alles, was man auf der Erde erlebt.
Und die Belastung für die Geräte hört nicht auf, wenn der Satellit in der Umlaufbahn ist, da die Temperaturen auf -270 Grad Celsius fallen und die Geräte auch Störungen wie Sonneneruptionen oder koronale Massenauswürfe von der Sonne ausgesetzt sind. Tiefer im Weltraum können auch die Planeten selbst das Funktionieren der Geräte stören. Bei der JUICE-Mission der ESA beispielsweise müssen die Geräte an Bord geschützt werden, da der Satellit einen intensiven Strahlungsgürtel durchquert, der durch das starke Magnetfeld des Jupiters entsteht.
Der Erfolg von JWST und die fantastischen Ergebnisse, die bereits mit den Instrumenten an Bord erzielt wurden, zeigen deutlich, dass HENSOLDT viele dieser technischen Herausforderungen erfolgreich gemeistert hat.
HENSOLDT ist in erster Linie ein Lösungsanbieter, ob auf der Erde oder im Weltraum, und seine Erfahrung als Sensorhaus ist direkt auf weltraumgestützte Anwendungen anwendbar. Es ist von größter Bedeutung, dass die Kunden die richtige Lösung - unter Verwendung einer Reihe von Technologien - erhalten, die ihren Herausforderungen gerecht wird.
"Deshalb hat sich HENSOLDT schrittweise von einem Komponentengeschäft zu einem Baugruppen- und Instrumentengeschäft entwickelt und kann nun auf Anfragen nach einer bestimmten Anwendung oder Fähigkeit reagieren."
Kai Weidlich Leiter des Bereichs Raumfahrttechnologien bei HENSOLDT Optronics
Hier kommt es auf Erfahrung an, und das Verständnis dafür, wie die Ausrüstung funktioniert und sich in ein größeres System einfügt, ist von entscheidender Bedeutung, insbesondere wenn nur ein Produkt für den Start gebaut wird. In vielen Fällen kommt der ursprüngliche Entwurf für ein Stück Weltraumtechnologie dem endgültigen Entwurf sehr nahe, was für komplexe Projekte wie JWST oder JUICE von entscheidender Bedeutung ist.
Ermöglicht wird dies durch die Verwendung bewährter Komponenten und moderner Entwurfstechnologien wie digitaler Zwillinge. Letztere simulieren nicht nur die Leistung der Instrumente und Baugruppen, sondern auch, wie sie unter anspruchsvollen Startbedingungen und im Weltraum arbeiten.
"Wir haben bei HENSOLDT im Laufe der Jahre gelernt, dass wir Systeme und Instrumente als Ganzes betrachten müssen, um im Weltraum wirklich erfolgreich zu sein", sagte Weidlich. "Wir haben unsere Fähigkeiten im Hinblick auf die Zusammenführung von hochpräzisem Maschinenbau, Optik- und Radardesign und -technik sowie Elektronik und Software erweitert, um sie wirklich zu Instrumenten zu kombinieren."
HENSOLDT konzentriert sich darauf, seinen Kunden eine komplette Systemlösung zu bieten, die auf spezifische Herausforderungen zugeschnitten ist. Der Erfolg von HENSOLDTs Beteiligung an großen und hochkomplexen Weltraumprojekten wie dem James Webb Space Telescope hat das Unternehmen als führenden Anbieter von Weltraumsensoren bestätigt.
Dank dieser bedeutenden Erfahrung sind die Experten von HENSOLDT in der Lage, gemeinsam mit den Kunden herauszufinden, was in Bezug auf die technischen Ambitionen, den Zeitrahmen und das Budget machbar ist, und dann mit ihnen zusammenzuarbeiten, um innovative Lösungen zu entwickeln und zu fertigen, die in den extremen Umgebungen des Weltraums hohe Standards erfüllen.