Weltraum

...die nie ein Mensch zuvor gesehen hat.

Weltraumsimulation

Dieser berühmte Satz bezieht sich auf die enorme Weite des Weltraums und die faszinierenden Objekte, die darin zu finden sind.

Leybold bietet eine breite Palette an Vakuumsystemen für seine Erkundung. Vakuumpumpen werden benötigt, um Weltraumbedingungen zu simulieren und die Ausrüstung für Weltraummissionen zu testen.

Die Tiefen des Weltalls werden mit Teleskopen untersucht. Die Beschichtung großer Spiegel von optischen Teleskopen ist eine wichtige Technik, für die Vakuumpumpensysteme ebenfalls zwingend erforderlich sind.

Die einzige Möglichkeit, große Vakuumkammern innerhalb einer angemessenen Zeit unter sauberen Bedingungen zu evakuieren, ist der Einsatz von Kryopumpen. Leybold sammelt seit 1850 Erkenntnisse in der Vakuumtechnologie und hat viele Jahre Erfahrung in der kryogenen Technologie. Seit mehreren Jahrzehnten verfügt das Unternehmen über große Vakuumkammern für Weltraumsimulationen und Spiegelbeschichtungen. Zu diesem Zweck werden nicht nur Pumpen, sondern auch Anzeiger, Lecksucher und Armaturen geliefert.

Weltraumsimulationssysteme

Weltraumsimulationskammern sind Systeme, mit denen die Umweltbedingungen von Raumfahrzeugen im Weltraum nachgestellt werden. Sie dienen außerdem zur Qualifizierung von Komponenten und Werkstoffen, die in Raumfahrzeugen verbaut werden. Weltraumsimulationskammern sind in der Lage, das Systemverhalten zu analysieren, das thermische Gleichgewicht zu bewerten und Funktionen zu überprüfen, um den Erfolg und die Überlebensfähigkeit der Missionen zu gewährleisten.

Wenn die Weltraumausrüstung während einer Mission ausfällt, ist es fast unmöglich, sie zu reparieren.
Ein solcher Ausfall würde astronomische Kosten verursachen, weshalb die Hersteller von Weltraumausrüstungen große Anstrengungen unternehmen, um ihre Produkte auf der Erde zu testen.

Raumfahrt, wissenschaftliche und kommerzielle Satelliten, extraterrestrische Forschung wie die Rosetta-Mission der ESA oder der Mars-Rover der NASA können nur dann erfolgreich sein, wenn alle beteiligten Werkstoffe, Komponenten und Geräte erfolgreich unter Hochvakuum und Ultrahochvakuum getestet werden. Weltraumsimulationskammern können wenige Liter groß sein und werden dann zur Prüfung kleiner Leiterplatten eingesetzt, oder sie sind mehrere tausend Kubikmeter groß und dienen der Erprobung der Weltraumtauglichkeit ganzer Raumfahrzeuge. Aber auch die terrestrische Weltraumüberwachung erfordert häufig Vakuumsysteme, z. B. bei der Beschichtung von Teleskopspiegeln. Im Weltraum herrschen oft extreme Temperaturen zwischen -200 °C und +150 °C.

Alle Produkte für Weltraummissionen müssen diesen Bedingungen standhalten. Weltraumsimulationskammern haben Vakuumpumpen und ein Gehäuse, das die Prüfeinrichtungen thermisch von der Umgebung entkoppelt.

Elektrische Heizelemente im Inneren der Kammer simulieren die Temperaturbedingungen im Weltraum. Die Vakuumausrüstung muss der Wärmestrahlung standhalten. Ein ausreichend hohe Toleranz haben beispielsweise die Kryopumpen der COOLVAC-Serie mit der höchsten Temperaturstabilität am Markt.

Die erforderliche Förderleistung eines Vakuumsystems wird durch verschiedene Parameter wie Kammergröße, Desorptionsraten oder verwendete Materialien bestimmt.

Zusätzlich ist durch die Dichtungen die Gesamtleckrate festgelegt, die den erreichbaren Enddruck begrenzt. Bei der Verwendung von Prozessgasen ist der gewünschte Betriebsdruck entscheidend. Abhängig von diesen Anforderungen konfiguriert Leybold ein geeignetes Vakuumsystem aus Kryopumpen, Turbomolekularpumpen und entsprechenden Vorvakuumpumpen.

Optimierte Lösung für Ionenantriebstests

Heute ist die elektrische Antriebstechnik ein Schlüsselwort für den Vortrieb von Raumfahrzeugen außerhalb der Atmosphäre, in der ein Hochvakuum herrscht.

Im Vergleich zu chemischen Antriebssystemen hat der elektrische Antrieb den Vorteil, dass das Schubdüsenmaterial keinen hohen Temperaturen standhalten muss.
Bei elektrischen Antrieben werden ionisierte Teilchen, in der Regel Xenon, durch ein elektrisches Feld beschleunigt. Xenon hat die höchste Masse aller stabilen Edelgase. Dadurch entsteht ein großer Schub pro Teilchen. Hochmoderne Xenon-Schubdüsen emittieren einen Gasstrom von 0,1 bis 10 mg/s.

Um in Prüfkammern für Schubdüsen einen hohen Vakuumdruck bei diesem Durchfluss aufrechtzuerhalten, ist eine hohe Förderleistung nötig, die bei Xenon häufig im Bereich von 10.000 bis 100.000 l/s liegt. Diese große Masse für den Vortrieb ist jedoch eine enorme Herausforderung für eine Vakuumpumpe.

Wir haben eine optimierte, einfache Kryogenlösung für Xenon-Pumpen entwickelt.

Ein COOLPOWER-Kaltkopf kühlt eine Metallplatte auf kryogene Temperaturen ab, wodurch sich das Xenon auf dieser Kryoplatte als Feststoff ablagert.

Dieses System erreicht mit Xenon eine Nennförderleistung von mehr als 10.000 l/s. Vor dem Schubdüsentest wird in der Regel ein Hochvakuum mit Turbomolekularpumpen und trockenlaufenden Vorvakuumpumpen erzeugt. Beim Schubdüsentest entfernen sie die Gase, die z. B. durch externe Lecks entstehen und von der Kryoplatte nicht entfernt werden können, da dies bei einer für das Pumpen von Xenongas optimierten Temperatur geschieht.