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Hochleistungen in der Stratosphäre: Fliegende Sternwarte liefert Informationen über MICROSENS Umsetzer

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 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).