Aktuelles | Institut für Raumfahrtsysteme

Highlight Nr. 25 – Februar 2008

Stuttgarter Weltraumsensoren fliegen zur Internationalen Raumstation

Am 7. Februar startet das Space Shuttle „Atlantis“ um 14:47 Ortszeit (8:47 MEZ) vom Kennedy Space Center in Florida zur Internationalen Raumstation. An Bord befindet sich das Weltraumlabor Columbus, Europas wichtigster Beitrag zur Internationalen Raumstation. Mit dabei ist das Weltraumexperiment „FIPEX on ISS“ zur Messung des atomaren Sauerstoffs im niederen Erdorbit. Zwei der insgesamt zwölf Weltraumsensoren hat das Stuttgarter Unternehmen ESCUBE in Zusammenarbeit mit dem IRS mit Hilfe von neuartigen Materialien und innovativen Fertigungsverfahren gefertigt.

Atomarem Sauerstoff auf der Spur

FIPEX steht für Flux (Phi) Probe Experiment. Die FIPEX-Weltraumsensoren wurden speziell entwickelt, um den Einfluss von atomarem Sauerstoff zeitlich hoch aufgelöst und kontinuierlich zu untersuchen. Außerdem sind die Sensoren in der Lage den molekularen und atomaren Sauerstoff im niederen Erdorbit zu messen und die beiden Anteile voneinander zu unterscheiden. Atomarer Sauerstoff ist nämlich sehr aggressiv und führt zur Oxidation und Erosion von Oberflächen wie etwa Solarzellen, Antennen und anderen Strukturen. Er entsteht, wenn die UV-Strahlen der Sonnen die Sauerstoff-moleküle in der Atmosphäre treffen und spalten. Im Schwerefeld der Erde sammelt sich dieser leichtere atomare Sauerstoff in 200-1000 Kilometern Höhe an. Genau dort fliegen viele Erdbeobachtungssatelliten, die Internationale Raumstation ISS sowie das Space Shuttle.

Grundlagen am IRS entwickelt

Bereits seit 1993 haben Mitarbeiter des IRS in dessen Plasmawindkanälen robuste Gassensoren zur Messung des Sauerstoffsgehalts verwendet. Zunächst wurden modifizierte Lambdasonden benutzt, wie sie in der Automobilbranche verwendet werden. Ihr hohes Gewicht, der große Energiebedarf sowie die Tatsachen, dass eine Referenzatmosphäre benötigt wurde, machten diese Sensoren für zukünftige Weltraumeinsätze unbrauchbar. Seit 1995 wurden daher am IRS eigene Sensoren auf der Basis der Festkörperelektrolyse speziell für FIPEX entwickelt. Seit 1996 kamen FIPEX und seine Sensoren bei folgenden Flugexperimenten zur Messung der Sauerstoffverteilung in der Atmosphäre erfolgreich zum Einsatz:

• FIPEX on TEXUS 34	(März 96)
• FIPEX on VS 30	(Apr. 97)
• FIPEX on TEAMSAT on Ariane 502	(Okt. 97)
• FIPEX on IRDT 1	(Feb. 00)
• FIPEX on IRDT 2	(Okt. 01)

FIPEX on ISS

Am Institut für Luft- und Raumfahrttechnik (ILR) der TU Dresden hat Prof. Stefanos Fasoulas, ehemaliger Doktorand des IRS das Experiment im Rahmen von „FIPEX on ISS“ weiterentwickelt und für die ISS flugqualifiziert. Die hier verwendete Sensortechnologie kann auch andere Gase wie etwa O2, CO2, CO/H2 sowie den Volumenstrom oder Druck messen. Die äußerst robuste und schnelle in-situ Sensorik kann entsprechend in einer Vielzahl anderer Bereiche der Weltraumtechnik wie etwa als Lecksuchgerät für die Raumstation (PLD - Portable Leak Detector) oder zur Fitnessanalyse von Astronauten (RSS - Resspiratory Sensor System) eingesetzt werden. Bereits heute wird am IRS in der Arbeitsgruppe um Prof. Ernst Messerschmid und Dr.-Ing. Frank Hammer an Technologien für die nächsten Sensorengenerationen gearbeitet. Ein Ziel ist hier unter anderem die Flexibilisierung der Sensorfertigung um Kosten und Zeit in der Entwicklung und Produktion zu sparen.

Spin-off aus der Raumfahrt

Durch die weltraumbedingte Miniaturisierung sind die keramischen Gassensoren auch für terrestrische Anwendungen hoch interessant geworden. Um diesem Rechnung zu tragen wurde im Dezember 1999 die Firma ESCUBE als Spin-off aus dem IRS gegründet. Dort werden keramische Gassensoren für unterschiedlichste Anwendungen unter kontrollierten Reinraumbedingungen produziert und vertrieben. Die äußerst robuste und schnelle in-situ Sensorik kann entsprechend in einer Vielzahl anderer Bereiche wie eingesetzt werden, z.B. in der Medizintechnik (Atemzuganalyse), in der Umwelttechnik (Kesselwandüberwachung) und in der Vakuumtechnik (Güteüberwachung). „Für unser CarboSen-Sensor, der am IRS entwickelt wurde, haben wir 2007 im Rahmen der Initiative Mittelstand eine Auszeichnung in der Kategorie Umwelttechnik erhalten“, freut sich Dr.-Ing. Frank Hammer, Geschäftsführer der ESCUBE GmbH & CO. KG. Mit dem CarboSen werden Feuerungsanlagen kleiner und mittlerer Leistung künftig sensorisch überwacht und optimiert, so dass die Zuverlässigkeit und der Wirkungsgrad der Anlagen erheblich gesteigert werden. „Dies spart Brennstoff, schont die Umwelt (CO2) und entlastet zudem den Geldbeutel des Anlagenbetreibers“, fasst Frank Hammer zusammen.

Weitere Informationen sind in dieser Präsentation (pdf), bei Dr.-Ing. Frank Hammer oder unter
• http://www.irs.uni-stuttgart.de
• http://tu-dresden.de/ilr/rsn
• http://www.escube.de
• http://www.lamtec.de/v2/de/produkte/CarboSen.htm bzw.
• http://www.imittelstand.de/kat_industrie_07/53/umwelttechnik.html zu finden.

Bildergalerie:


Die Internationale Raumstation mit dem Weltraumexperiment „FIPEX on ISS“. (Bild: ESA/ILR)	„FIPEX on ISS“ auf dem Rütteltisch zur Flugqualifikation (Bild: ILR)	„FIPEX on ISS“ mit weiteren Experimenten auf der europäischen EUTEF-Plattform (Bild: ESA)	EUTEF und Weltraumlabor COLUMBUS in der Shuttle-Ladebucht auf dem Weg zur ISS (Bild ESA/IRS/ILR)

EUTEF mit FIPEX an der Internationalen Raumstation ISS Weltraumlabor (Bild: ESA/NASA)	EUTEF mit FIPEX am Weltraumlabor COLUMBUS (Bild: ESA/NASA)

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