Vakuumtechnologie für Raumfahrtanwendungen
Die Weltraumforschung der Zukunft
Viele der Produkte, die wir jeden Tag verwenden, haben ihren Ursprung in Weltraummissionen.
Doch es wird die zukünftige Forschung sein, die den tiefgreifendsten Einfluss auf die Menschheit haben wird. Die wesentlichen Ziele der Weltraumforschung sind auf einige der wichtigsten Herausforderungen für die Menschheit ausgerichtet:
- Wie lässt sich eine reichhaltige, leistungsstarke und saubere Energiequelle schaffen?
- Ist menschliches Leben auf anderen Planeten möglich?
- Wie können wir unser Wissen über Wissenschaft, Astrobiologie und die Ursprünge unseres Universums erweitern?
- Wie können wir Technologien, Medikamente und Infrastrukturen für zukünftige Generationen entwickeln?
Dieses Wissen ist allerdings mit hohen Kosten verbunden: Weltraummissionen sind extrem teuer und es müssen die widrigsten Bedingungen gemeistert werden. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass alle Materialien, Prozesse und Komponenten, die im Weltraum zum Einsatz kommen, umfassend getestet werden. Die Behebung von Fehlern nach dem Start ist häufig unmöglich und in jedem Fall mit hohen Kosten verbunden.
Unsere Vakuumtechnologie ermöglicht die Simulation von weltraumähnlichen Bedingungen auf der Erde, sodass bereits hier verschiedene notwendige Tests für den Einsatz im Weltraum durchgeführt werden können.
Beispiele für Tests, die heutzutage vor dem Start in den Weltraum durchgeführt werden
Viele der Vakuumsysteme, die wir entwickeln und bauen, sind für einen speziellen Zweck ausgelegt. Hier sind einige Beispiele für typische Weltraummissionen, bei denen unsere Technologie zum Einsatz kommt.
- Test von elektrischen Antrieben und Schubdüsen
- Thermische Vakuumkammern
- Teleskopspiegelbeschichtung
- Teleskopdetektorkühlung
- Masseverlust und Ausheizen unter Vakuum
Test von elektrischen Antrieben und Schubdüsen
Ermöglicht das Testen von Schubdüsen über einen langen Zeitraum hinweg, um sicherzustellen, dass sie ihre Leistungsfähigkeit aufrechterhalten und bei langen Weltraummissionen den Bedingungen im Weltraum standhalten können.
Thermische Vakuumkammern
Alle Komponenten, die im Weltraum zum Einsatz kommen, müssen auf ihre Beständigkeit gegenüber extremen Temperaturen sowie Strahlung (Licht) getestet werden. Der Temperaturzyklusbereich von thermischen Vakuumkammern kann zwischen 70 °K und 400 °K liegen.
Teleskopspiegelbeschichtung
Die Beschichtung großer, hochempfindlicher Spiegel mit Silber oder Aluminium muss alle 1 bis 2 Jahre unter Vakuum erneuert werden. Dies ist für eine optimale Leistung von entscheidender Bedeutung.
Teleskopdetektorkühlung
Unsere Kryotechnik wird eingesetzt, um die Temperatur von Empfängern auf bis zu 4 K zu senken. Dadurch können Teleskope auch nicht beobachtbare Lichtwellen sowie ultraviolette, Gamma- und Mikrowellen erkennen.
Masseverlust und Ausheizen unter Vakuum
Im Rahmen von Tests zum Gesamtmasseverlust (Total Mass Loss, TML) wird der Abbau von Elementen in rauen Weltraumumgebungen gemessen, um deren Beständigkeit über einen langen Zeitraum hinweg zu ermitteln.
Ermöglicht das Testen von Schubdüsen über einen langen Zeitraum hinweg, um sicherzustellen, dass sie ihre Leistungsfähigkeit aufrechterhalten und bei langen Weltraummissionen den Bedingungen im Weltraum standhalten können.
Alle Komponenten, die im Weltraum zum Einsatz kommen, müssen auf ihre Beständigkeit gegenüber extremen Temperaturen sowie Strahlung (Licht) getestet werden. Der Temperaturzyklusbereich von thermischen Vakuumkammern kann zwischen 70 °K und 400 °K liegen.
Die Beschichtung großer, hochempfindlicher Spiegel mit Silber oder Aluminium muss alle 1 bis 2 Jahre unter Vakuum erneuert werden. Dies ist für eine optimale Leistung von entscheidender Bedeutung.
Unsere Kryotechnik wird eingesetzt, um die Temperatur von Empfängern auf bis zu 4 K zu senken. Dadurch können Teleskope auch nicht beobachtbare Lichtwellen sowie ultraviolette, Gamma- und Mikrowellen erkennen.
Im Rahmen von Tests zum Gesamtmasseverlust (Total Mass Loss, TML) wird der Abbau von Elementen in rauen Weltraumumgebungen gemessen, um deren Beständigkeit über einen langen Zeitraum hinweg zu ermitteln.
Welche Vakuumtechnologien für welche Weltraumtests?
| Vorvakuumpumpen | Turbomolekularpumpen | Kryopumpen | Kryokühlung | Kundenspezifische Kammer | |
| Antriebs-/ Schubdüsentests | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | |
| Tests zu thermischen Vakuumkammern | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| Masseverlust und Ausheizen | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| Teleskopspiegelbeschichtung | ✔ | ✔ | |||
| Teleskopspiegelkühlung | ✔ | ✔ | ✔ |
Wir bei Leybold sind einer der einzigen Anbieter von Vakuumtechnologie mit einem Komplettsortiment an Produkten.
Unser Portfolio ist zwar sehr umfangreich und vielfältig, unsere angebotenen Lösungen für die Raumfahrtindustrie lassen sich jedoch in fünf wesentliche Kategorien unterteilen.
Vorvakuumpumpen
Diese Pumpen werden eingesetzt, um je nach verwendeter Pumpenart den Druckbereich von atmosphärisch auf 1e–2 mbar zu senken.
Für die Evakuierung mittlerer bis großer Kammern werden in der Regel Pumpen mit hohem Durchsatz verwendet wie:
Für kleinere Kammern eignen sich möglicherweise folgende Optionen besser:
Hochvakuum (HV)
Hochvakuum (HV)-Druckbereiche werden üblicherweise in der Raumfahrtbranche mit Turbomolekularpumpen erreicht. Unser umfangreiches Sortiment ist in verschiedenen Größen, mit verschiedenen Pumpgeschwindigkeiten und mit Varianten erhältlich, die speziell für bestimmte Anwendungen entwickelt wurden.
Kryotechnik
Die Kryotechnik besteht aus 3 Schlüsselelementen, die auf unterschiedliche Weise konfiguriert werden können, um verschiedene Zwecke zu erfüllen:
- Ein kryogenes Kühlsystem kann durch die Kombination von Kaltköpfen COOLPOWER e und Heliumkompressoren COOLPAK e realisiert werden.
- Die COOLVAC e-Kryovakuumpumpen ermöglicht ein UHV-Vakuum von bis zu 10.000 l/s. Diese werden für bestimmte Prozesse häufig in Verbindung mit dem COOLPOWER e & COOLPAK e verwendet.
Vakuumkammern und -systeme
Unsere UNIVEX-Vakuumkammern schaffen die Umgebung zur Durchführung der Tests. Einige Kammern sind groß genug, um das gesamte Raumfahrzeug aufzunehmen, während andere darauf ausgelegt sind, einzelne Elemente zu prüfen.
Neben der Simulation des Vakuums im Weltraum können auch andere, wie z. B. die TVAC, extreme Temperaturabweichungen nachbilden, oder die TML, die den Masseverlust über längere Zeiträume unter schwierigen Bedingungen misst.
Viele dieser UNIVEX-Systeme sind auf spezifische Projekte zugeschnitten.
Messgeräte und Instrumente
Der Aufbau eines echten, schlüsselfertigen Vakuumsystems erfordert auch die Installation von Mess- und Steuerungstechnologien wie Sensoren, Messgeräte und Geber sowie von Restgasanalysatoren und Leckerkennungssystemen. Darüber hinaus liefern wir alle Arten von Ventilen, Armaturen und Flanschen, die unsere Technologie miteinander verbinden.
Die Zukunft der Weltraumforschung
Optimal ausbalancierte schlüsselfertige Vakuumsysteme für hochspezifische Zwecke aus einer Vielzahl von Vakuumlösungen.
Der Bau individueller Systeme ist eines der Kernprinzipien bei der Entwicklung unserer Technologien für den Raumfahrtsektor.
Die Ambitionen und technischen Anreize für zukünftige Projekte entwickeln sich weiter, ebenso wie die Technologie, welche die Weltraumforschung ermöglicht. In Zukunft werden Projekte mehr als nur die Auswirkungen von Start, Orbitphase und Wiedereintritt in die Atmosphäre berücksichtigen. Zu den neuen Forschungsbereichen gehören:
Erforschung des erdfernen Weltraums
Wir möchten unser Wissen über Planeten und Galaxien außerhalb unseres Sonnensystems sowie über Ereignisse kurz nach dem Urknall erweitern und Erkenntnisse über die Ursprünge des Universums sammeln.
Exoplanetenforschung
Wir suchen nach Planeten, die Leben ermöglichen könnten oder ermöglicht haben. Dazu gehört sowohl die Suche nach extraterrestrischem Leben als auch die Machbarkeit unserer eigenen interplanetarischen Besiedlung in der Zukunft.
Astrobiologie
Wenn wir verstehen, wie das Universum auf mikro- und makrobiologischer Ebene funktioniert, und unser Wissen über die allgemeine Forschung in diesem Bereich hinaus erweitern, können wir dies direkt auf zukünftige Missionen übertragen.
Asteroidenbergbau
Schätzungen zufolge gibt es auf Asteroiden nahezu grenzenlose Quellen natürlicher Ressourcen und wichtiger Elemente. Der Zugang zu diesen Quellen würde bedeutende wirtschaftliche und ökologische Chancen mit sich bringen und könnte neue Energiequellen für zukünftige Missionen erschließen.
Umgang mit Weltraumschrott
Da in den kommenden Jahrzehnten immer mehr Satellitenstarts geplant sind, durch die sich die Anzahl der Objekte im Weltraum erhöht, sind auch Projekte zur Beseitigung von Schrott in der Umlaufbahn unseres Planeten in Planung.
Interplanetarische Besiedlung
Wir werden erforschen, ob menschliches Leben auf anderen Planeten möglich ist und wie wir dorthin gelangen, wie wir die erforderliche unterstützende Infrastruktur aufbauen und wie wir die lebensnotwendige Lebensmittel- und Energieversorgung sicherstellen könnten.
Eine positive Zukunft dank Vakuum
Zusammenarbeit und Innovation sind eng miteinander verknüpft. Seit 1850 entwickeln und fertigen wir bei Leybold Vakuumlösungen für die Entwicklung der Technologie von morgen im Rahmen von Projekten in Wissenschaft, Industrie und F&E.
Sprechen Sie mit unserem Team: unsere maßgeschneiderten schlüsselfertigen Systeme können unsere nächste Mission unterstützen.
Hochvakuum, Ultrahochvakuum und extremes Hochvakuum – die Grundlagen
Laden Sie unser E-Book herunter, um mehr über die Herausforderungen beim Erreichen von und Arbeiten mit Hochvakuum, Ultrahochvakuum und extremem Hochvakuum zu erfahren und zu verstehen, was zu beachten ist.
- Broschüre
- Blogs und mehr
- Verwandte Anwendungen
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