„In der Raumfahrt kommen nur die besten Technologien zum Einsatz“: Die Hochleistungskeramik der ItN Nanovation wird ihre einmaligen Eigenschaften bei einer Merkurmission der ESA unter Beweis stellen können, die zurzeit vorbereitet wird.

Wir sprachen mit Dr. Frank Meyer, Forschungs- und Entwicklungschef der ItN Nanovation AG, über die Raumsonde, ihre Mission und was die Hochleistungskeramik der ItN zum Erfolg beiträgt.

Herr Meyer, warum fliegt die Nanokeramik der ItN zum Merkur?

Dr. Meyer: Die Keramik ist Teil der BepiColombo-Mission der europäischen Raumfahrtbehörde ESA und der japanischen Raumfahrtagentur JAXA. Die Mission umfasst eine aus mehreren Modulen aufgebaute Raumsonde, die 2014 zum Merkur fliegt, um dort Daten über den Planeten zu sammeln. Die Sonde wird nicht auf dem Merkur landen, sondern ihn auf einer Umlaufbahn umrunden und von dort die Messungen vornehmen. Die keramische Beschichtung soll Teile der Sonde vor extremen Belastungen schützen.

Was ist das Besondere am Merkur, vor was soll die Beschichtung schützen?

Dr. Meyer: Der Merkur ist der Planet unseres Sonnensystems, der der Sonne am nächsten ist. Auf dem Weg und anschließend in der Umlaufbahn des Planeten Merkur ist die Sonde sehr hoher UV-, Elektronen- und Protonenstrahlung ausgesetzt. Dazu kommen Temperaturen von bis zu über 400 Grad Celsius auf der Tagseite und weit unter -100 Grad Celsius auf der Nachtseite des Planeten, die innerhalb kurzer Zeit auf die Sonde einwirken.  Alleine die UV-Strahlung in der Merkurumlaufbahn ist 10 bis 14-mal höher als in der Erdumlaufbahn. Das sind absolut extreme Bedingungen, der die Sonde über sieben Jahre ausgesetzt ist. Denn so lange soll die Mission ungefähr dauern.

Das heißt also, dass die Sonde sehr robust sein muss, um diese Bedingungen all die Jahre zu überstehen?

Dr. Meyer: Das ist richtig. Vor allem gibt es sehr viele empfindliche Bauteile, die notwendig sind, um die vorgesehenen Messungen zu machen und die Messergebnisse zur Erde zu senden. Sie sind den Extrembedingungen der Mission ausgesetzt und müssen vor ihnen geschützt werden. Es sind in erster Linie Spektrometer, sie messen die Wellenlänge, Intensität und Verteilung der elektromagnetischen Strahlung. Daraus kann man Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des Planeten ziehen. Außerdem auch Kameras, Höhenmesser, etc. Dazu kommt die empfindliche Antenne, um den Kontakt zur Erde zu halten.

Und den notwendigen Schutz leistet die ItN-Keramik?

Dr. Meyer: Um hochempfindliche Teile zu schützen, beschichten wir diese mit einer weißen Schutzkeramik. Dabei kommt unsere Expertise zur Beschichtung von sensiblen metallischen Oberflächen zum Einsatz. Die Keramik  ist im Vakuum temperaturbeständig bis 550 °Celsius, UV-stabil und hält vor allem auch die hohen Temperaturschwankungen innerhalb weniger Minuten von weit über 500 Grad aus. Wichtig ist außerdem, dass die Farbe der Beschichtung weiß ist und während der Mission bleibt, um möglichst viel der belastenden Strahlung zu reflektieren. Auch das ist eine Voraussetzung, die wir sehr gut erfüllen können.

Welche Teile der Sonde werden von der ItN beschichtet?

Dr. Meyer: Wir sind vor über zwei Jahren mit den Vorbereitungen für die Beschichtung der Antenne in das Projekt eingestiegen. Es ist eine sehr empfindliche, sogenannte High-Gain-Antenne, für die Kommunikation und den Datentransfer zwischen Sonde und Basisstation auf der Erde. Wir arbeiten dazu mit zwei Unternehmen zusammen, die die Antenne bauen. Inzwischen sind wir dabei, zusätzliche Beschichtungsaufgaben für weitere Teile der Sonde zu übernehmen und arbeiten deshalb mit vier weiteren Unternehmen zusammen.

Werden die empfindlichen Bauteile beim Aufbringen der Beschichtung nicht geschädigt?

Dr. Meyer: Man hat uns ausgewählt, weil wir hochspezialisiert sind. Unsere Keramik erfüllt nicht nur die extremen physikochemischen und thermooptischen Anforderungen, um den Bedingungen, die bei der Mission auftreten, zu trotzen. Wir beschichten auch bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen, so dass die empfindlichen Oberflächen, die beschichtet werden, eben keinen Schaden nehmen. Damit lassen wir die Konkurrenten weit hinter uns.

Wie findet die Entwicklung der Sondenbauteile statt?

Dr. Meyer: Die Sonde ist mehr als sieben Jahre unterwegs und dabei extremen Bedingungen ausgeliefert. Auf der Reise sind keine Reparaturen möglich. Deshalb müssen alle Bauteile und Materialien perfekt sein. Und das wird durch bestimmte Abläufe sichergestellt: Die Entwicklungen und die Freigabeprozesse finden Step-by-step statt. Wir liefern zuerst eine zu testende Probebeschichtung im Labormaßstab. Dann werden maßstäbliche Modelle, beschichtet und getestet. Erst wenn auch diese Tests bestanden sind, kommt der Auftrag, die Originalteile zu beschichten.

Wie kann man sich die Dimensionen des Gesamtprojekts und der Sonde vorstellen?

Dr. Meyer: Die gesamte BepiColombo-Mission hat ein Volumen von ca. 1 Milliarde Euro und sichert für über 10 Jahre eine größere Anzahl an Arbeitsplätzen in ganz Europa. Die Sonde wird mit der größten Trägerrakete, die die ESA einsetzt, der Ariane 5, ins All geschossen. Das soll 2014 geschehen. Die gesamte Sonde wiegt deutlich über eine Tonne und hat mit ausgeklappten  Sonnensegeln die Dimension eines Ein- bis Zweifamilienhauses.

Und wie profitiert die ItN dabei?

Dr. Meyer: Zum einen haben wir davon einen ökonomischen Vorteil, den ich hier nicht beziffern kann, der aber an anderer Stelle noch veröffentlicht wird. Zum anderen verdeutlicht die Teilnahme an solch einem Projekt natürlich die Leistungsfähigkeit und Einzigartigkeit unserer Hochleistungskeramik. In der Raumfahrt kommen von jeher immer nur die besten Technologien zum Einsatz, die jeweils zur Verfügung stehen.

Vielen Dank Herr Meyer.

Hier finden Sie die Presseinformation aus dem Jahr 2009, in der das Projekt angekündigt wurde >>