Bi-asphärische Spiegel zur Verbesserung der Lage- und Bahnkontrolle von Satelliten
Größe, Gewicht und Beständigkeit gegenüber Temperaturschwankungen sind neben der autarken Bestimmung ihrer Position die wichtigsten Herausforderungen moderner Sternsensoren. Mit der Entwicklung von ASTRO® XP gelang Jena-Optronik ein wichtiger Fortschritt in der Weiterentwicklung von Sensoren. Der Sternsensor ist nicht nur zehnmal genauer als andere, dank seines optischen Designs auch um ein Vielfaches leichter. Hochpräzise bi-asphärische Spiegel sowie ein Spacer von asphericon, verbaut im optischen Kopf von ASTRO® XP, sorgen für beste Abbildungsqualität und halten auch extremen thermisch-mechanischen Belastungen stand.
Im Auftrag der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) entwickelte Jena-Optronik den Sternsensor ASTRO® XP für die autonome Lage- und Bahnkontrolle von Satelliten und Sonden. Mit einer Messgenauigkeit von 0,1 Bogensekunden ist ASTRO® XP zehnmal genauer als andere bereits existierende Sensoren. Aufgrund seines optischen Designs, das auf asphärischen Spiegeln basiert, ist er zudem extrem leicht. ASTRO® XP besteht aus einer elektrischen Einheit und einem optischen Kopf. asphericon fertigte für letzteren (siehe Bild links) zwei komplexe, bi-asphärischen Spiegeloptiken und einen Abstandshalter für die ersten Entwicklungsmodelle. Der Einsatz des Sternsensors für wissenschaftlichen Missionen der ESA ist für die späten 2020er Jahre geplant.
Die rein reflektierenden Spiegel mit Durchmessern von 77 und 140 mm sind bi-asphärisch und haben eine ringförmige Eingangsapertur (siehe Bild rechts). Dieses innovative und preisgekrönte (Thüringer Innovationspreis 2020) optische Design der Jena-Optronik ermöglicht eine kompakte Bauweise und verringert die Anzahl benötigter Optiken. Letzteres wirkt sich positiv sowohl auf die Größe als auch auf das Gewicht des Sensors aus. Um Missionen im Weltraum zu ermöglichen, verfügen die Spiegel mit einem PV von < 150 nm über eine hervorragende Oberflächenqualität. Sie wurden aus Quarzglas, das perfekt auf die Teile des gesamten Abbildungssystems abgestimmt ist, gefertigt. Diese exklusive Materialwahl stellt sicher, dass die optischen Komponenten keinen thermisch-mechanischen Belastungen ausgesetzt sind und der Sensor auch bei Temperaturschwankungen von bis zu 60°C funktionsfähig ist. Um mehrere disjunkte optische Flächen auf einer Bauteiloberfläche bearbeiten und vermessen zu können, wurden die Prozessstrategie und Messtechnik von asphericon genau aufeinander abgestimmt und weiterentwickelt. Ein Spacer vervollständigt das optische System. Dieser 140 mm breite Ring aus Quarzglas hat eine Ebenheit von weniger als einem Mikrometer und hält das optische System in Position.
Optiken für ASTRO® XP auf einen Blick:
Herstellung von zwei rein reflektierenden, bi-asphärischen Spiegeln (Durchmesser 77 und 140 mm) mit ringförmiger Eingangsapertur und einem 140 mm breiten Abstandshalter (Spacer) aus Quarzglas
Oberflächenqualität der Spiegel: PV < 150 nm
Material und Qualität der Komponenten sorgen für ausgezeichnete Abbildungseigenschaften und ermöglichen den Einsatz des Sensors bei Temperaturschwankungen von bis zu 60°C
Zur Bearbeitung und Vermessung der verschiedenen disjunkten optischen Flächen wurden Prozessstrategie und Messtechnik von asphericon genau aufeinander abgestimmt und weiterentwickelt
Haftungsausschluss: Der Auftrag wurde im Rahmen eines Programms der Europäischen Weltraumorganisation durchgeführt und von dieser finanziert. Die hier zum Ausdruck gebrachte Meinung kann in keiner Weise als die offizielle Meinung der Europäischen Weltraumorganisation angesehen werden.
