Malargüe: Eine Satelliten-Schüssel die am besten kalt serviert wird!

Da es immer mehr Weltraummissionen, internationale Anfragen sowie immer anspruchsvollere Datenübertragungen gibt, wird die Nachfrage nach Bodenstationen, die Missionen in den Tiefen des Alls unterstützen können, immer größer. Doch die angebotenen Kapazitäten sind beinahe ausgeschöpft. Um den drei Deep Space-Antennen, des Bodenstationsnetzwerks (Estrack), mehr Spielraum zu verschaffen, hat die Europäische Weltraum Organisation ein umfangreiches Update ihrer Stationen gestartet. Dies beinhaltet die Nutzung von neuartiger kryogener Technologien.

Im Juli vergangenen Jahres wurden die Arbeiten an der Malargüe-Antenne in Argentinien beendet. Dadurch kann die Station 80% mehr wissenschaftliche Daten ihrer stetig anspruchsvoller werdenden Missionen herunterladen. Bei weit entfernten Weltraum-Missionen wie Juice und BepiColombo konnte die Kapazität auf 60% gesteigert werden.

Die Fertigstellung des Upgrades senkt den Kapazitätsbedarf von ESA-Missionen in den kommenden Jahren und gibt gleichzeitig Kapazitäten für zukünftige Missionen frei.

Wie das möglich ist? Wenn ein Signal empfangen und dekodiert wird, können Antennen von Hintergrundstörungen – oder thermischem Rauschen, welches ihre Sensibilität und den Datentransfer einschränkt, betroffen sein. Eine Möglichkeit um dem entgegenzuwirken, ist das kryogene Kühlen der Verbindungen zwischen der physischen Antenne und dem elektronischen Transmitter und Empfänger der Station, dem ‘antenna feed‘.

„Das Steigern des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses ist der Schlüssel beim Entwerfen, Aufrüsten und Betreiben der Antennen“, erklärt Stéphane Halté, ESA-Bodenstations-Projektleiter.

„Bei einer Temperatur von -10 Kelvin (-263°C), anstatt von Raumtemperatur, kann das Rauschen auf ein Minimum reduziert und die Kapazität der Antenne zwischen 60% und 80% gesteigert werden.“

Die neuen kryogen gekühlten Feeds enthalten eine neue Generation von extrem rauscharmen kryogenen Verstärkern (LNA) ein, welche zusammen mit Partner-Universitäten wie der ETH-Zürich (Schweiz) und Chalmers (Schweden) entworfen wurden. Diese LNAs wurden nun durch Spin-off-Firmen (LNF und Diramics) kommerzialisiert.

Die gleiche Technologie wird heute für das Entwickeln von Quanten-Computern genutzt. Dies ist ein Beispiel dafür, dass die Entwickelung von ESA-Technologie die wissenschaftlichen Gemeinschaft sowie die Konkurrenzfähigkeit europäischer Firmen unterstützt.

Die Entwicklung der kryogen gekühlten Ka-Band Feeds wurde durch das ESA Technology Development Element Programm finanziert und von Callisto Space (Frankreich) gefertigt und getestet. Die betriebsfähigen Einheiten wurde von Callisto hergestellt und die Integration in die Bodenstationen der ESA von der kanadischen Firma Calian durchgeführt.

Malargüe ist die zweite Antenne, die mit kryogekühlten Feeds aufgerüstet wurde. Sie folgt Cerebros im Jahr 2023. Diese Kryotechnologie ist inzwischen Standard für ESA-Bodenstationen und wird auch bei den neuen Antennen, wie New Norcia 3, eingesetzt.