Optiken für Sentinel-4
Referenzprojekt
Anspruchsvolle Materialien. Unschlagbare Präzision.
Als Teil des Copernicus-Programms, ein Gemeinschaftsprojekt der EU und der ESA (European Space Agency), umfasst die Mission des Sentinel-4 Satelliten die vollständige Überwachung Europas und Nordafrikas zur Erfassung hochpräziser Echtzeitdaten über die Zusammensetzung der Atmosphäre. Ausgestattet mit zwei hochauflösenden Spektrometern, für die auch asphericon Optiken produzierte, ist der Start ist für das Jahr 2022 geplant.
Über Sentinel-4
Sechs Sentinel-Missionen mit einer Dauer von jeweils mindestens sieben Jahren sind in Planung, um einen möglichst umfassenden Blick auf die Erde zu erhalten. Sentinel-1 beispielsweise ermöglicht Aufnahmen von Überschwemmungen an Land oder Ölverschmutzungen auf dem Meer und startete bereits 2014. Die Sentinel-4-Mission wird die Atmosphäre überwachen und den Grad der Luftverschmutzung messen. Im Gegensatz zu den anderen Sentinel-Missionen, die eigenständige Satelliten sind, handelt es sich bei Sentinel-4 und auch -5 um Messinstrumente, die auf anderen Satelliten mitfliegen. Im Fall von Sentinel-4 wird dies der Satellit Meteosat Third Generation Sounder (MTG-S) sein.
Die beiden Spektrometer von Sentinel-4 werden den gesamten Spektralbereich von UV- und sichtbaren bis hin zu NIR-Wellenlängen abdecken und Messungen von Treibhausgasen, Stickoxiden, Luftqualität, Ozon, Partikeln und Sonnenstrahlung liefern. Gescannt wird dabei aus einer Höhe von rund 36.000 Kilometern.
Parameter & Ziele
- 45 Subauftragnehmer, darunter Jena-Optronik & asphericon
- Start: 2022 (Spektrometer 1), 2027 (Spektrometer 2)
- Verstehen des Klimawandels
- Prävention von Naturkatastrophen und Gewährleistung der zivilen Sicherheit
Abb. 1 Sentinel-4-Satellit, Flugzeit 8 Jahre, Flughöhe 36.000 km, 45 Subauftragnehmer (darunter Jena-Optronik & asphericon), Start: 2022 (Spektrometer 1), 2027 (Spektrometer 2) | © ESA - P.Carr
Abb. 2 Zielsetzung der Sentinel-4-Mission: Verstehen des Klimawandels, Prävention von Naturkatastrophen und Gewährleistung der zivilen Sicherheit | © Airbus Defence Space
Projektrealisierung
Damit Messungen aus so großer Entfernung möglich sind, müssen Messgeräte und damit verbunden die optischen Bestandteile äußerst präzise sein. Während das Unternehmen Jena-Optronik die optischen Systeme der Sentinel-4 Spektrometer konstruierte, zeichnete asphericon für die Herstellung der Linsen verantwortlich. Der Auftrag der ESA umfasste 114 Linsen, zur Hälfe Asphären und zur Hälfte Sphären. Um eindeutige spektrale Messungen durchführen zu können, ist eine spektrale Auflösung der Optiken von 0,12 bis 0,5 nm notwendig. Die Linsen wurden bei 20 °C hergestellt und sollen später im Orbit bei gleicher Temperatur gehalten werden. Sie bestehen aus Kalziumfluorid und Siliziumdioxid, was neben der hohen Genauigkeit eine weitere Herausforderung für die Produktion darstellte. Vor allem Kalziumfluorid zeichnet sich zwar durch sein breites Transmissionsspektrum vom ultravioletten bis zum infraroten Bereich aus, aber auch durch seine eher weiche Konsistenz. Nach intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeit gelang es asphericon, Linsen aus Kalziumfluorid herzustellen, die bis auf eine Rauheit von fünf Angström poliert werden konnten.
Optiken für Sentinel-4 auf einen Blick:
- Entwicklung und Herstellung von Linsen, die extremen Bedingungen im Weltraum standhalten • Intensive Entwicklungsarbeit und komplexe Testverfahren mit anspruchsvollen Materialien (z.B. CaF2)
- Asphärische und sphärische Linsen mit Durchmessern von 50 mm bis 80 mm, einer spektralen Auflösung von 0,12 bis 0,5 nm sowie Ångström-Politur Rauheitswerte von 5 Å
