Das BMBF fördert mit dem Projekt „IOG“ die Entwicklung faseroptischer Gyroskope für den Kleinsatellitenmarkt.
Wie fast überall im täglichen Leben zu beobachten, so schreitet die Miniaturisierung auch im Raumfahrtbereich unaufhaltsam voran. Dies gilt insbesondere für die Bereiche Erdbeobachtung, Kommunikation und Astronomie. Beispielsweise liefern Kamerasysteme von der Größe eines Schuhkartons gestochen scharfe Bilder von der Erdoberfläche, welche unermesslichen Wert für Industrie, Wissenschaft und den Katastrophenschutz darstellen. Und Weltraumteleskope von nur einem Viertel der Größe des Hubble-Teleskops durchstöbern die Galaxie nach erdähnlichen Planeten.
Doch die Entwicklung immer kleinerer und leistungsfähiger Satellitenkomponenten bringt nicht nur rein technische Vorteile. Da jedes Kilogramm, das mit einer Rakete in den Orbit gebracht werden muss, mit 20.000 US-Dollar Mehrkosten (v.a. Treibstoffkosten) zu Buche schlägt, sind die Bestrebungen der Wissenschaftler und Ingenieure nur allzu verständlich.
Allerdings gibt es noch sehr viel Entwicklungspotential: Derzeit muss rund die Hälfte des Nutzraumes eines Satelliten für periphere Systeme, d.h. Antrieb, Energieversorgung oder Lagerregelung eingeplant werden. Die hierfür auf dem Markt verfügbare Technik ist größtenteils veraltet und ineffizient, im Gegensatz zu den Nutzlasten, welche bis an den Rand des machbaren miniaturisiert und optimiert sind.
Bessere Gyroskope gesucht
Um diesen Entwicklungsbedarf aufzuholen wird derzeit an Drehratensensoren für die Anwendung speziell auf Kleinsatelliten geforscht. Diese auch Gyroskope genannten Sensoren liefern essentielle Informationen für die Berechnung der momentanen Blickrichtung des Satelliten. Stand der Technik ist die Verwendung sogenannter faser-optischer Gyroskope, welche sich einen nur bei Drehung stattfindenden physikalischen Effekt zunutze machen und so auch minimale Drehraten detektieren können.
Die Genauigkeit faseroptischer Gyroskope hängt im Wesentlichen von der Länge der verwendeten Glasfaser ab, was eigentlich im Widerspruch zu den gegebenen Miniaturisierungsvorhaben steht. Einem Forscherteam vom Fraunhofer IZM und der Astro- und Feinwerktechnik Adlershof GmbH ist es dennoch gelungen, etliche hundert Meter Glasfaser auf engstem Raum mit diversen optischen Komponenten und der entsprechenden Rechentechnik zu einem Hochleistungsgyroskop zu integrieren.
Das Integrated Optical Gyrsocope (IOG) ermöglicht die Messung von Drehraten von weniger als 1/10 Grad pro Sekunde und erfüllt damit alle Anforderungen der anspruchsvollsten Raumfahrtmissionen. Großer Aufwand wurde betrieben um das IOG unempfindlich gegen die widrigen Bedingungen im Weltall zu machen. So muss dieses einer schädlichen Strahlung widerstehen, welche die Glasfaser bereits nach kurzer Zeit erblinden lässt, was nur durch die Verwendung strahlungstoleranter Bauteile und gezielter Schirmung verhindert werden kann.
Außerdem können die im Weltall herrschenden Temperaturen zum Problem werden, da sich die optischen Eigenschaften der Glasfaser bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen stark verändern. Dies konnte durch ein ausgereiftes Thermalmanagement, sowie raffinierte Regelalgorithmen unterbunden werden.
Derzeit befindet sich das IOG-Projekt in einer umfangreichen Test- und Verifikationsphase, um die Stabilität des Gyroskops gegenüber diversen Umgebungsbedingungen nachzuweisen. Desweitern steuert das System einer weiteren Miniaturisierung entgegen um alsbald einen wertvollen Beitrag zum Fortschritt im Raumfahrtbereich leisten zu können.
Das Projekt „IOG“ wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Initiative „KMU-innovativ: Photonik / Optische Technologien“ gefördert. Das Projekt ist Anfang Juli 2011 gestartet und wird voraussichtlich Ende Dezember 2013 abgeschlossen sein. Mit der Projektträgerschaft für das Verbundprojekt IOG hat das BMBF die VDI Technologiezentrum GmbH beauftragt.
(VDI Technologiezentrum GmbH, 16.04.2013 – NPO)
