Exploration des Kosmos – die Bedeutung der Weltraumoptik

Kyriaki Minoglou, Leiterin der Abteilung für Optik, Robotik und Lebenswissenschaften

Was sind die größten technologischen Herausforderungen bei der Entwicklung optischer Systeme der nächsten Generation für Weltraummissionen, und wie geht die ESA diese an?

Die ESA gehört zu den Spitzenreitern der Weltraumoptik der nächsten Generation und meistert einige der schwierigsten technischen Herausforderungen. Eine der größten Hürden ist die Aufrechterhaltung von Präzision und Stabilität unter extremen Bedingungen: Winzige Temperaturverschiebungen können die Optik verzerren, weshalb die ESA ultrastabile optische Bänke sowie thermisch kompensierte und adaptive Optiken entwickelt, um die Leistungsfähigkeit der Systeme zu wahren. Gleichzeitig ist der Bau großer und dennoch leichter Optiken für fortschrittliche Teleskope und Instrumente entscheidend und führt zu Innovationen wie Freiformspiegel, ausfahrbare Teleskope und Siliziumkarbidstrukturen.

Optischer Richtfunk entwickelt sich rasch weiter, wobei Hochleistungs-Laserterminals, optische Verbindungen zwischen Satelliten und Quantenschlüsselverteilung für einen extrem schnellen und sicheren Datentransfer sorgen. Inzwischen revolutionieren Quanten- und Photoniktechnologien wie weltraumgestützte Frequenzkämme, integrierte photonische Schaltkreise und Kaltatominterferometrie die Erkennung und Navigation. In den Bereichen Messtechnik und Kalibrierung verschiebt die ESA mit der hyperspektralen Bildgebung und der präzisen Wellenfrontsensorik Grenzen, um eine reibungslose Funktionsfähigkeit der Instrumente zu gewährleisten. Und fortschrittliche Fertigungstechniken wie 3D-gedruckte Optik, Metaoptik und neuartige Beschichtungen machen optische Systeme widerstands- und leistungsfähiger denn je.

Durch diese Innovationen wird die Weltraumoptik immer spannender – und die ESA ist hierbei wegweisend!

Volker Kirschner, Leiter der Abteilung für Optik

Welcher Aspekt Ihrer Arbeit ist besonders bereichernd, wenn es darum geht, Ihr Team durch die komplexen Herausforderungen der Entwicklung optischer Systeme für Weltraummissionen zu führen?

Am schönsten ist es, zu sehen, wie unsere Anstrengungen konkrete Formen annehmen – ob es sich um die Unterstützung eines Fluginstruments von der frühen Entwurfsphase bis zum erfolgreichen Betrieb in der Umlaufbahn oder die erste Demonstration einer neuen Technologie im Weltraum handelt. Es ist unglaublich befriedigend, innovative optische Verfahren zu entwickeln, die die Grenzen des Möglichen erweitern und die Leistung und Präzision künftiger Missionen verbessern.

Genauso erfüllend ist es, einen Beitrag zum Wachstum der europäischen Industrie zu leisten und Unternehmen dabei zu helfen, neue Kompetenzen zu entwickeln und sich als wettbewerbsfähige Akteure im globalen Raumfahrtsektor zu etablieren. In dem Bewusstsein, dass unsere Arbeit bahnbrechende wissenschaftliche Erkenntnisse ermöglicht, technische Kapazitäten voranbringt und Europas Stellung in der Raumfahrttechnologie stärkt, ist es wirklich lohnenswert, allen Herausforderungen, mit denen wir dabei konfrontiert sind, zu begegnen.

Eric Wille, Leiter der Abteilung für Optoelektronik

Künftige Missionen hängen in hohem Maße von fortschrittlichen optischen Instrumenten ab. Welche potenziellen Durchbrüche erwarten Sie hier in den kommenden zehn Jahren mit besonderer Spannung?

Fast alle ESA-Missionen sind mit optischen Instrumenten ausgestattet, die verschiedenen Erdbeobachtungsmissionen der ESA zählen jedoch mit Sicherheit zu den erfolgreichsten, wenn es darum geht, unseren Planeten mithilfe von Bildgebungs-, Spektroskopie- oder Lidar-Technologien im sichtbaren oder Infrarotbereich besser zu verstehen. In den nächsten Jahren werden die ersten Missionen gestartet, bei denen Quantentechnologien für die Quantenschlüsselverteilung (EAGLE-1 und QKDSat) und für die Zeit- und Frequenzverteilung (ACES an Bord der ISS) zur Anwendung kommen. In etwas fernerer Zukunft werden mit der Mission LISA bei der Messung von Gravitationswellen im Weltraum die Grenzen der Lasertechnologien ausgelotet.

Weitere Informationen

Wir rekrutieren Mitarbeitenden (m/w/d) in unterschiedlichen Stadien ihrer Karriere, von jungen Absolvent*innen bis zu Fachkräften mit langjähriger Erfahrung. Bei der ESA leisten optische Ingenieur*innen in folgenden Schlüsselbereichen wertvolle Beiträge:

• Entwurf optischer Systeme: Entwurf und Entwicklung komplexer optischer Instrumente (z. B. Teleskope, Spektrometer und Bildgebungsgeräte) für Weltraummissionen;
• Erprobung und Leistungsüberprüfung: Sicherstellung der Leistung und Zuverlässigkeit optischer Systeme unter Weltraumbedingungen, einschließlich anspruchsvoller Erprobungs- und Validierungsverfahren;
• Modellierung und Simulation: Einsatz fortschrittlicher Software-Tools zur Simulation des Verhaltens und der Leistung optischer Systeme im Weltraum und Ermittlung potenzieller Probleme vor ihrem reellen Einsatz;
• Missionsunterstützung und Fehlersuche: Bereitstellung kritischer Unterstützung bei Weltraummissionen, Lösung von Problemen mit optischen Systemen in Echtzeit und Gewährleistung ihrer Genauigkeit und Zuverlässigkeit im Weltraum;
• Innovation und Technologieentwicklung: Erforschung und Entwicklung modernster optischer Technologien, um den sich wandelnden Anforderungen künftiger Weltraummissionen gerecht zu werden.

Lust auf mehr? Im nachstehenden Video werden weitere Mitglieder des ESA-Teams für optische Entwicklung vorgestellt.

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