Hochleistungen in der Stratosphäre

Hochleistungen in der Stratosphäre:
Fliegende Sternwarte liefert Informationen
über MICROSENS Umsetzer
REFERENZ
Kunde: DLR und NASA
Branche: Forschung
Produkt: Medienumsetzer
In Kürze:
Neue Erkenntnisse zur Entstehung von Sternen und zur Milchstraße zu gewinnen – so lauten zwei der ehrgeizigen
Ziele des SOFIA-Projekts. Wesentliche Informationen liefert uns dazu die Infrarot-Strahlung. Vom Boden aus kann die
Infrarot-Strahlung allerdings nicht gemessen werden. Um dieses Problem zu umgehen, muss man entweder außerhalb
der Erdatmosphäre messen oder zumindest in die Stratosphäre vordringen. Messungen außerhalb der Erdatmosphäre
werden durch Weltraumteleskope durchgeführt. Flexiblere Einsatzmöglichkeiten bietet allerdings die Erforschung aus
der Stratosphäre. Nicht nur astronomisch stellte das Projekt zahlreiche Herausforderungen, sondern auch in punkto
Übertragungstechnik. Dennoch fiel die Entscheidung für die Glasfaser als Übertragungsmedium sehr schnell.
Die Story:
Spannender könnte der Einsatzbereich eines Medienumsetzers nicht sein: In der einzigen fliegenden Sternwarte der
Welt sorgen Glasfaser-Komponenten von MICROSENS für den reibungslosen Datenaustausch. Das deutsch-amerikanische Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie (SOFIA) befindet sich in einer umgebauten Boeing
747SP und beherbergt ein 17 Tonnen schweres Infrarot-Teleskop. Dieses gilt als Herzstück des Observatoriums und
ist gleichzeitig der deutsche Beitrag zu dem Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt
(DLR) und der amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA. Koordiniert wird der wissenschaftliche und operationelle Betrieb auf deutscher Seite vom SOFIA Institut der Universität Stuttgart.
Neue Erkenntnisse zur Entstehung von Sternen und zum
Zentrum unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße zu gewinnen
– so lauten zwei der ehrgeizigen Ziele des SOFIA-Projekts. Wesentliche Informationen liefert uns dazu die Infrarot-Strahlung.
Diese können wir zwar mit unseren Augen nicht sehen, dennoch
ermöglicht sie Rückschlüsse auf die Beschaffenheit von Sternen,
die dort herrschenden Temperaturen und liefert Erkenntnisse
über die Entstehung neuer Sterne. Vom Boden aus kann die Infrarot-Strahlung allerdings nicht gemessen werden. Das verhindert insbesondere der Wasserdampf in der Erdatmosphäre. Um
dieses Problem zu umgehen, muss man entweder außerhalb
der Erdatmosphäre messen oder zumindest in die Stratosphäre
vordringen. Messungen außerhalb der Erdatmosphäre werden
durch sogenannte Weltraumteleskope durchgeführt. Flexiblere
Einsatzmöglichkeiten bietet allerdings die Erforschung aus der
Stratosphäre. Diese Idee wurde mit der Entwicklung und dem
Bau des Infrarot-Teleskops konsequent realisiert.
Nicht nur astronomisch stellte das Projekt zahlreiche Herausforderungen an die deutschen Wissenschaftler. Auch in punkto
Übertragungstechnik mussten viele Parameter berücksichtigt
werden. Zwar fiel die Entscheidung, welches Übertragungsmedium an Bord genutzt werden sollte, sehr schnell. Glasfaser bot klare Vorteile: Zum einen wollte das Entwicklungsteam
Gewicht einsparen, zum anderen sollten elektromagnetische
Störungen auf jeden Fall vermieden werden, um die Ergebnisse der sehr empfindlichen Messgeräte an Bord nicht zu verfälschen. Doch selbst der Einsatz von Standardkomponenten wird
in dieser Umgebung spannend. So mussten die benötigten Medienumsetzer absolut zuverlässig arbeiten, um die Messungen
nicht zu beeinträchtigen.
Dabei birgt die Aufgabe eines Medienumsetzers an sich nichts
Spektakuläres: Er dient der Kopplung von Kupferverbindungen
und Glasfaserstrecken. Die zu übertragenden Daten werden
physikalisch von einem Medium auf das andere umgesetzt.
Findet diese Umsetzung allerdings in einem Flugzeug statt, das
in einer Höhe von etwa 13 Kilometern fliegt, und handelt es sich
bei den übertragenen Daten um Messwerte zur Infrarotstrahlung aus dem All, die Aufschlüsse über die Entstehung junger
Sterne liefern soll, gewinnt das Projekt eine neue Dimension.
„Der reibungslose Datenaustausch an Bord muss gesichert sein.
Wir legen daher sehr großen Wert auf qualitativ hochwertige
Komponenten“, so Dr. Holger Jakob, Leiter des Telescope Assembly Teams beim DSI. „Unser Augenmerk galt deshalb insbesondere den Punkten Ausfallsicherheit und Zuverlässigkeit.“ Hier
kamen die Wissenschaftler auf MICROSENS. Zum einen gilt das
Unternehmen als einer der Pioniere auf dem Gebiet der Glasfaserübertragungstechnik. Zum anderen werden alle Produkte im
© Fotomaterial mit freundlicher Genehmigung von DLR und NASA
eigenen Labor entwickelt und nach höchsten Qualitätsmaßstäben in der eigenen Fertigung produziert und getestet.
Doch bevor die endgültige Entscheidung getroffen werden
konnte, mussten zahlreiche Hürden genommen werden. Aufgrund geltender Luftfahrtvorschriften mussten alle Systeme an
Bord eine Reihe aufwändiger Rüttel-, Druck und Temperaturtests bestehen. Schließlich schwanken sowohl die Temperatur
als auch der Druck bei den Flügen auf 13000 Metern enorm.
Die Belastung für sämtliche Bauteile übersteigt reguläre Anforderungen um ein Vielfaches. Aber selbst unter diesen Bedingungen arbeiteten die Systeme einwandfrei. Mathias Moessner,
Projektkoordinator beim DSI, erklärt dazu: „Die Zusammenarbeit
mit den Entwicklern von MICROSENS in Deutschland funktionierte reibungslos. Schnell und äußerst präzise wurden unsere
Anfragen beantwortet und Anforderungen umgesetzt.“
Alle Daten zwischen den Messsystemen an Bord, den Systemen
zur Lagekontrolle, den Guiderkameras und den Teleskopantrieben werden über das Netzwerk, bestehend aus rund einem
Dutzend Medienumsetzern, übertragen. Dazu mussten einige
Geräte auch an den beweglichen Teilen des Teleskops befestigt
werden. Hier lag der entscheidende Vorteil der Systeme in der
kompakten Bauform, die den Einbau in die hoch-kompakten
Elektronikboxen enorm begünstigte. Mittlerweile hat das fliegende Observatorium schon zahlreiche Flugstunden hinter sich
und es konnten schon spektakuläre Messungen durchgeführt
werden. Die Medienumsetzer haben ihre Aufgaben seit dem
ersten wissenschaftlichen Einsatz im November 2010 reibungslos erfüllt. Faszinierende Infrarotbilder des Planeten Jupiter, der
Galaxie Messier 82 sowie der Sternentstehungsregion M17SW
konnten schon erfolgreich übertragen werden. Selbst den Weg
nach Deutschland hat SOFIA schon zurückgelegt. Im September 2011 konnte SOFIA auf dem Flughafen in Stuttgart besichtigt
werden. In den nächsten zwanzig Jahren planen die Astronomen mehrere Flüge wöchentlich. Sicher werden noch unvorstellbare Datenmengen zuverlässig übertragen und zahlreiche
spannende Erkenntnisse gewonnen werden.
SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für
Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Fond: 50OK0901) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird
auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums
für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses
des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt.
Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom
Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer Seite von der Universities Space
Research Association (USRA).
Referenz DLR und NASA
MICROSENS GmbH & Co. KG – Küferstr. 16 – 59067 Hamm / Germany