Das perfekte Rendezvous: Raumtransporter ATV-5 mit Jenaer Zukunftstechnologie

Mit ATV-5 hat nun das vorerst letzte Europäische Transportfahrtzeug  die ISS erreicht. Mit an Bord sind neben Lebensmitteln für die Besatzung und wissenschaftlichen Experimenten auch Sensoren aus Jena: Die auf dem ATV integrierten Rendezvous und Dockingsensoren RVS haben erneut ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis gestellt und das reibungslose Annähern an die ISS ermöglicht.

Mit dem neu entwickelten RVS 3000, einem 3D-Lidar, ist erstmals die nächste Generation dieser Sensoren im Einsatz.  Die Entwicklung und Herstellung dieses Sensor-Prototyps für ATV-5 wurde für Airbus Defence & Space im Auftrag der Europäischen Raumfahrtagentur ESA durchgeführt.

Der Weg in die Zukunft ist mit dem RVS 3000 eingeleitet, welcher auf ATV-5 seinen Jungfernflug erlebt.  Der neue hochgenaue Sensor ist kleiner, leichter und zeichnet sich durch einen Einsatz bei größerer Entfernung und erhöhter Flexibilität durch das veränderbare Gesichtsfeld des RVS 3000 aus.

„Der Mitflug auf ATV-5 bietet uns die Möglichkeit, diese neue Technologie als „Passagier“ in einer echten Weltraumumgebung zu testen und Messdaten aufzunehmen. Diese Daten bilden die Grundlage für zukünftige Sensorentwicklungen, um z. B. Weltraummüll zu erfassen und einzufangen oder sicher auf fremden Himmelskörpern zu landen“, bewertet Dr. Florian Kolb, Abteilungsleiter Lidare bei der Jena-Optronik. Weiter erläutert er: „Um das Projekt trotz der engen zeitlichen Rahmenbedingungen zum Erfolg zu bringen, haben alle an einem Strang gezogen. Insbesondere die gemeinsame Anstrengung deutscher, französischer und italienischer Teams war ein Musterbeispiel für europäische Zusammenarbeit. Ich bedanke mich für das großartige Engagement und die Flexibilität aller Beteiligten.“

Hochtechnologie im weltweiten Einsatz und Standortkooperation

Die Jena-Optronik ist Weltmarktführer im Bereich der Rendezvous- und Dockingsensoren RVS. Das europäische ATV, das japanische HTV und das amerikanische Cygnus nutzen seit 2008 zuverlässig die Sensoren zum automatischen und hoch präzisen Andocken an die Internationale Raumstation (ISS).

Um die störungsfreie Annäherung an jedes Objekt im Weltraum zu ermöglichen,  sind leistungsfähige Sensoren erforderlich. Bisher waren bereits 19 dieser laserbasierte Sensorsysteme RVS im All erfolgreich.

Seinen Erstflug hat der Sensor der neuesten Generation, der RVS 3000, als Experiment mit dem Projektnamen „LIRIS-2“ (eng: Laser InfraRed Imaging Sensors) auf dem europäischen Transportfahrzeug ATV-5. Der Einsatz des Sensors auf ATV-5 ist ein wichtiger Meilenstein als Vorqualifizierung zum Einsatz auf zukünftigen Missionen –  wie etwa der deutschen DEOS (Deutsche Orbitale Servicing) Mission des DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.)  -, zeigt aber auch die Vielseitigkeit des Sensors für einen zukünftigen internationalen Einsatz auf kommerziellen Raumflugkörpern.

Das Projekt zeichnete sich auch durch eine enge Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Optik und Feinmechanik (IOF) in Jena aus, welche für die faseroptischen und mechanischen Komponenten des Lasers zuständig waren und damit einen großen Anteil an der Faserlaserentwicklung hatten. Die Entwicklung der raumfahrtqualifizierte Elektronik des Faserlasers wurde von Jena-Optronik übernommen.

Faserlaser des Fraunhofer IOF in neuem Sensor der Jena-Optronik

Dass heutzutage der weltweite Internetdatenfluss über Glasfaser und damit rein optisch erfolgt, liegt zum Teil darin begründet, dass die Lichtverstärkung direkt in der Glasfaser durchgeführt werden kann. Neben dieser speziellen Laserfaser existiert auch für fast jede Komponente der klassischen Optik (z.B. für den Spiegel) mittlerweile ein faseroptisches Pendant.

Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF nutzten nun die Vorteile der hohen Integrierbarkeit und Robustheit der Glasfaser um einen Laser zu entwickeln, der speziell an die widrigen Umgebungsbedingungen des Weltraums angepasst wurde. Dazu zählt nicht nur die hohe physische Belastung (Vibration und Schock) während des Starts der Trägerrakete, sondern auch eine besonders hohe Gamma-Strahlungsbelastung am Einsatzort.

Der Faserlaser selbst ist erstmals Bestandteil eines Sensor-Prototyps des Thüringer Raumfahrtunternehmens Jena-Optronik GmbH. Der Sensor namens RVS 3000 (eng. Rendezvous- und Docking Sensor) hat nun im Projekt „LIRIS-2“ (eng: Laser InfraRed Imaging Sensor) als Technologie-Demonstrator seinen ersten Einsatz auf dem europäischen Transportfahrzeug ATV-5 „Georges Lemaître“, welche von Airbus Defence & Space im Auftrag der europäischen Raumfahrtagentur entwickelt und hergestellt wurde.

Der neue Sensor wird zum 3D-Scannen von Objekten im Weltraum eingesetzt. Live getestet wird der 3D-Sensor mit Faserlaser erstmals während des Andockmanövers des letzten ATV-5 an die Internationale Raumstation ISS am 12. August 2014. Dazu werden sehr kurze Laserpulse (nur wenige milliardstel einer Sekunde) an verschiedene Positionen im Raum geschossen. Falls sich ein Objekt an einer dieser Positionen befindet, wird ein Teil der Strahlung an den Scanner zurück reflektiert. Obwohl das ausgesendete Licht sehr schnell ist, braucht es trotzdem eine gewisse Zeit, um vom Laser zum Objekt und wieder zurück zu gelangen. Diese Pulslaufzeit kann dann in eine Distanz und so in ein echtes 3D-Bild umgerechnet werden.

Bildmaterial finden Sie hier mit der Bitte um Berücksichtigung der entsprechenden Copyright-Hinweise:

 Über das Fraunhofer IOF

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF entwickelt innovative optische Systeme zur Kontrolle von Licht von der Erzeugung bis zu dessen Anwendung.

Das Ziel ist es, die gesamte photonische Innovationskette abzubilden, vom Systemdesign bis hin zur Fertigung von kundenspezifischen Lösungen und Prototypen opto-mechanischer und opto-elektronischer Systeme. Auf dem Gebiet Luft- und Raumfahrt fokussieren die Entwicklungen des Fraunhofer IOF auf ultraleichtgewichtige und langzeitstabile optische Komponenten und Systeme. Weitere Schlüsselbereiche sind athermales Design, faserlaserbasierte Systeme für raue Umgebungsbedingungen, individuelle Lösungen für optische Gitter sowie innovative klebstofffreie Verbindungs- und Fügeverfahren.

Die ausgezeichnete Ausstattung des Institutes umfasst moderne Möglichkeiten in den Bereichen mikrooptischer Technologien, Ultrapräzisionsbearbeitung, Feinwerktechnik, Fügetechnologien, Beschichtungstechnik, Methoden der Oberflächen- und Optikcharakterisierung sowie des optischen und mechanischen Designs. 

Zur Jena-Optronik GmbH

Die Jena-Optronik gehört zu den Pionieren der multispektralen Erdbeobachtung und der optischen Sensorik für die Lageregelung von Raumflugkörpern. Dabei kann stolz auf eine 40-jährige Erfahrung im Bau von optischen Präzisionsinstrumenten für Weltraumanwendungen zurückgeblickt werden.  In dieser Zeit  wurde die Jena-Optronik, mit heute 185 Mitarbeitern, weltweit zu einem gefragten Partner, sowohl für weltweit wichtige Raumfahrtorganisationen wie auch für nahezu alle großen Raumfahrtsystemfirmen in Asien, Russland, Europa und Nordamerika. Diese vertrauen auf die Produkte der Jena-Optronik und rüsten damit ihre Top-Missionen aus. Das  Unternehmen konzentriert sich heute auf Raumfahrtanwendungen mit institutionellem und kommerziellem Hintergrund:

  • Lageregelungssensoren für Satelliten: Rendezvous- und Dockingsensoren, Stern- und Sonnensensoren
  • Optische Instrumente zur Erdbeobachtung

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