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 Weltraumissionen den Bedingungen im Weltraum standhalten können.
Thermische Vakuumkammern
Alle Komponenten, die im Weltraum zum Einsatz kommen, werden auf ihre Beständigkeit gegenüber extremen Temperaturen sowie Strahlung (Licht) getestet. 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.
Vakuumtechnologie für Raumfahrttests
| Vorvakuumpumpen | Turbomolekularpumpen | Kryopumpen | Kryokühlung | Kundenspezifische Kammer | |
| Antriebs-/ Schubdüsentests | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | |
| Tests zu thermischen Vakuumkammern | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| Masseverlust und Ausheizen | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| Teleskopspiegelbeschichtung | ✔ | ✔ | |||
| Teleskopspiegelkühlung | ✔ | ✔ | ✔ |
Vakuumlösungen für die Raumfahrtindustrie
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
Vorvakuumpumpen 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 wie DRYVAC, RUVAC, TRIVAC oder SCREWLINE verwendet.
- Für kleinere Kammern/Anwendungen sind ECODRY plus oder LEYVAC möglicherweise besser geeignet.
Hochvakuum (HV)
Druckbereiche im Hochvakuum (HV) werden in der Raumfahrtindustrie üblicherweise mit Turbomolekularpumpen (TMP) erzielt.
- Unser umfangreiches Sortiment an TURBOVAC i-Pumpen ist in verschiedenen Größen, mit verschiedenen Pumpgeschwindigkeiten und in Ausführungen erhältlich, die primär für spezifische Anwendungen entwickelt wurden.
Kryotechnik
Die folgenden drei Elemente bilden den Kern der Kryotechnik
- COOLPAK e-Heliumkompressoren
- COOLPOWER e-Kaltköpfe
- und COOLVAC e-Kryopumpen
Diese Komponenten können für verschiedene Zwecke unterschiedlich konfiguriert werden:
- Ein kryogenes Kühlsystem kann durch die Kombination von Kaltkopf COOLPOWER e und Heliumkompressor COOLPAK e realisiert werden.
- Die COOLVAC e ermöglicht ein UHV-Vakuum von bis zu 10.000 l/s und wird für bestimmte Prozesse häufig in Verbindung mit dem COOLPOWER e & COOLPAK e verwendet.
Vakuumkammern und -systeme
Vakuumkammern und -systeme kommen in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz.
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 kann z. B. die thermische Vakuumkammer extreme Temperaturabweichungen nachbilden oder die TML-Kammer kann den Masseverlust über längere Zeiträume unter schwierigen Bedingungen messen. Viele dieser UNIVEX-Systeme sind auf die Anforderungen spezifischer Projekte zugeschnitten.
Messgeräte und Instrumente
Der Aufbau eines echten schlüsselfertigen Vakuumsystems erfordert zudem die Installation von Mess- und Steuerungstechnologien wie:
- IONIVAC-, THERMOVAC- und PENNINGVAC-Sensoren, -Messgeräte und -Sender
- sowie LEYSPEC-Restgasanalysatoren und PHOENIX-Leckerkennungssysteme.
- Darüber hinaus liefern wir Ventile, Armaturen und Flansche zur Verbindung unserer Technologiekomponenten.
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
Zahlreiche Quellen von NASA, ESA und Morgan Stanley prognostizieren, dass die Raumfahrtindustrie bis 2040 $1 Billionen erwirtschaften wird. Dadurch bieten sich für diesen Sektor große Chancen.
Zusammen mit den sinkenden Kosten pro Kilo für den Transport von Nutzlasten in den Weltraum stärkt dies die wirtschaftliche Tragfähigkeit zukünftiger Weltraummissionen, was sich an steigenden Investitionen aus dem Privatsektor zeigt.
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 darüber, wie unsere maßgeschneiderten schlüsselfertigen Systeme die nächste Mission unterstützen können.
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.
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