Streulicht und passives Wärmemanagement unter extremen Einsatzbedingungen in Weltraumanwendungen

Im digitalen Zeitalter wird die Luft- und Raumfahrt eine Schlüsselrolle für die Realisierung zukünftiger Technologien einnehmen – beispielsweise für das autonome Fahren oder die zunehmende Vernetzung und Digitalisierung der Industrie.

Optische Systeme und Instrumente für Weltraumanwendungen – wie z.B. Satelliten-Optiken oder Weltraumteleskope – müssen extreme Anforderungen erfüllen und einen aufwändigen Qualifikationsprozess bei der ESA / NASA bestehen. Dies gilt ebenso für sämtliche verwendete Bauteile, Komponenten und Materialien. Auch optische Beschichtungen, die eine maßgebliche Rolle bei der Erreichung der Leistungsfähigkeit der optischen Systeme einnehmen, unterliegen diesen anspruchsvollen Anforderungen.

Die sehr hohen Ansprüche an Zuverlässigkeit, Robustheit und Langlebigkeit ergeben sich aus der extrem langen Einsatzdauer von mehreren Jahrzehnten sowie den speziellen Umgebungsbedingungen im Weltraum: die kosmische Strahlung, den niedrigen Umgebungsdruck des Vakuums, extreme Temperaturschwankungen und thermische Zyklen, mechanische Vibration und Schock sowie schließlich die Unmöglichkeit der Wartung oder Nachbesserung.

Nachfolgende finden Sie eine kleine Auswahl von 2 realisierten Projekten für Weltraumanwendungen.

(Zur Übersicht aller Projekte für Weltraumanwendungen)

Streulichtmanagement mit FractalBlackTM in Flughardware der CHEOPS-Mission & UVN-Instrument (Sentinel4)

Die ACKTAR-Direktbeschichtung FractalBlackTM wurde für die Streulichtunterdrückung in der Flughardware der CHEOPS-Mission implementiert. Dieses Instrument der ESA beobachtet Exoplaneten per Transitmethode, um ihre Eigenschaften mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Das kleine Teleskop ist durch ein Leitblech vor Streulicht geschützt. Um die hohen Anforderungen an die Streulichtunterdrückung zu erfüllen, wurde die Fractal Black™ Beschichtung auf einige der Innenflächen angebracht. Die Größe und das Vorhandensein einer scharfen Kante stellten eine Herausforderungen dar, aber es wurden ausgezeichnete Ergebnisse durch optische Messungen nachgewiesen. Schnelle Temperaturwechsel- und Adhäsionstests wurden auch an Kantenproben durchgeführt, um die Haftung der Beschichtung in thermischer Umgebung zu bestätigen. Das Leitblech hat alle Qualifikationsschritte auf Subsystem- und Instrumentenebene durchlaufen. Zum vollständigen Paper.

 

FractalBlackTM und MagicBlackTM wurden außerdem im UVN-Instrument am Sentinel 4 (Kopernikus-Programm der ESA) eingesetzt, das die Luftschadstoffe aus dem All beobachtet. Die integrierte Kalibrieranordnung stellt in regelmäßigen Abständen Kalibrierreferenzen des Gerätes zur Verfügung. Die Referenz wird aus Sonnenlicht gewonnen, das von einem Stapel von Diffusoren gestreut wird und das Instrument beleuchtet. Dem Kalibrierungssystem geht ein Leitblech voraus, das das Streulicht von externen Quellen und Erdstöße in der Nähe des Sichtfeldes dämpfen soll. Gleichzeitig soll jeder Einfluss des Leitblechs auf die absolute Transmission der Diffusoren vermieden und das Sonnenlicht, das sich unvermeidlich innerhalb des Leitblechs verteilt, blockieren. Streulichtanalysen identifizierten Fractal Black™ als qualifizierte Lösung für diesen Einsatzweck. Zum vollständigen Paper.

Eigenschaften von FractalBlackTM

  • Nahezu ausgangsungsfrei
  • Vakuum & Thermo-Vakuum-Zyklen-klassifiziert
  • Einsatztemperaturbereich von -269°C bis +350°C
  • Keine Partikelkontamination
  • Nur wenige Mikrometer dick
  • Kompatibel zu weitestgehend allen Substrat-Materialien

Eigenschaften von MagicBlackTM

  • Nahezu ausgangsungsfrei
  • Vakuum & Thermo-Vakuum-Zyklen-kompatibel
  • Einsatztemperaturbereich von -269°C bis +380°C
  • Keine Partikelkontamination
  • Nur wenige Mikrometer dick
  • Kompatibel zu weitestgehend allen Substrat-Materialie

Passives Wärmemanagement mit NanoBlackTM im SPHERE-Instrument am VERY LARGE TELESCOPE

Das Acktar-Folienprodukt NanoBlackTM wird im SPHERE- Instrument des Very Large Telescope eingesetzt, um den bei kritischen Einsatzbedingungen auftretenden Low Wind Effect signifikant zu reduzieren. Der LWE entsteht durch Lufttemperatur-Inhomogenitäten und führt zum Verlust von Bildqualität. Durch passives Wärmemanagement mit der NanoBlackTM -Folie, die auf der Teleskop-Stützkonstruktion aufgebracht wurde,  konnte das Temperaturverhalten optimiert und die LWE-Eintrittswahrscheinlichkeit von 20% auf 3.4% reduziert werden. Die Kompensation der Bildqualitätsverluste führten zu einer erhöhten Einsatzproduktivität des Weltraumteleskops. Zum vollständigen Paper.

Das Acktar-Folienprodukt NanoBlackTM wird im SPHERE- Instrument des Very Large Telescope eingesetzt, um den bei kritischen Einsatzbedingungen auftretenden Low Wind Effect signifikant zu reduzieren. Der LWE entsteht durch Lufttemperatur-Inhomogenitäten und führt zum Verlust von Bildqualität. Durch passives Wärmemanagement mit der NanoBlackTM -Folie, die auf der Teleskop-Stützkonstruktion aufgebracht wurde,  konnte das Temperaturverhalten optimiert und die LWE-Eintrittswahrscheinlichkeit von 20% auf 3.4% reduziert werden. Die Kompensation der Bildqualitätsverluste führten zu einer erhöhten Einsatzproduktivität des Weltraumteleskops. Zum vollständigen Paper.

Zur Übersicht aller Projekte für Weltraumanwendungen mit ACKTAR-Produkten.