Entdeckungsreise zur Sonne

Im Februar 2020 trat die Raumsonde «Solar Orbiter» ihre Mission an, Forschenden neue Erkenntnisse über die Sonne zu liefern. Beim Bau der Raumsonde hat die Schweizer Forschung und Konstruktion eine wesentliche Rolle gespielt. Auch maxon Antriebe sind mit an Bord.

Die Sonne. Sie ist nicht nur für die Entwicklung der Planeten in unserem Sonnensystem verantwortlich, sondern sie beeinflusst auch das Wetter und das Leben allgemein. Und doch wissen wir viel zu wenig über sie. Wodurch werden beispielsweise Solarwinde ausgelöst? Oder Sonneneruptionen? Welche Kräfte stecken hinter der Bildung der Heliosphäre, dieser Wolke aus geladenen Partikeln, die sich weit über die hintersten Ecken unseres Sonnensystems erstreckt?

Im Februar 2020 startete die Europäische Weltraumorganisation ESA erfolgreich ihre Raumsonde «Solar Orbiter» in einem gemeinsamen Projekt mit der US-Raumfahrtbehörde NASA und steuert damit einen wichtigen Meilenstein in der Sonnenforschung an. Die Raumsonde hat eine fast zweijährige Reise vor sich, bevor sie mit den Messungen beginnt. Dabei fliegt sie bis zu 45 Millionen Kilometer and die Sonne heran und kommt ihr damit näher als Merkur, der nächstgelegene Planet. Bei diesem Abstand werden die sonnenseitigen Flächen der Sonde einer intensiven Hitze von mehr als 500 Grad Celsius ausgesetzt. Deshalb werden wertvolle Instrumente an Bord der Sonde von einem Hitzeschild geschützt, der mit Schutzkappen versehen ist und den Blick zur Sonne nur dann freigibt, wenn Messungen laufen.

Dasselbe gilt auch für das Spectrometer/Telescope for Imaging X-rays (STIX), mit dem Sonneneruptionen näher erforscht werden sollen und das in Zukunft sogar grossflächige Eruptionen vorhersagen könnte. STIX wurde an der Hochschule für Technik der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) in Zusammenarbeit mit mehreren Schweizer Industriepartnern, wie etwa Almatech, entwickelt. Zu den in dem Röntgen-Teleskop eingesetzten Komponenten gehören auch Antriebe des Schweizer Herstellers maxon.

Der Hitzeschild des Solar Orbiter hat Öffnungen, die den Instrumenten für kurze Zeit den Blick auf die Sonne freigeben.

Zwei speziell modifizierte DC-Motoren mit 13 mm Durchmesser bewegen hierbei ein Dämpfungsnetz aus Aluminium, welches je nach Bedarf vor die 30 Detektoren von STIX geschoben werden kann. Die Mikroantriebe sind parallel verdrahtet und lassen sich gemeinsam oder einzeln betreiben, was einen reibungslosen Betrieb über die ganze geplante Mission von fünf Jahren sicherstellen soll. Das Design basiert auf Mikromotoren, die bald auch im ExoMars-Rover der ESA zum Einsatz kommen. Gewicht, Energieeffizienz und Vibrationsbeständigkeit spielten bei der Auswahl der Antriebe eine entscheidende Rolle.

Mit dem RE 13 DC-Motor stellt maxon einen bewährten Antrieb für Weltraumanwendungen zur Verfügung. Seine grossen Brüder (RE 20 und RE 25) kommen bereits in den Rover-Missionen von NASA zum Einsatz. Die eisenlose Windung und der Qualitätsmagnet liefern einen Wirkungsgrad von weit über 90 Prozent. Für das Projekt «Solar Orbiter» wurde der Antrieb mit einer speziellen Schmierung und Spezialkabeln ausgerüstet.

Vier Ingenieur:innen von Almatech arbeiteten ununterbrochen an STIX. «Ein Gerät zu entwickeln, das es noch nie zuvor gab, und zu beweisen, dass es zuverlässig funktioniert, ist eine echte Herausforderung», erklärt Projektleiter Fabrice Rottmeier. «Gleichzeitig ist es eine tolle Erfahrung und überaus motivierend, an einem wissenschaftlichen Forschungsprogramm beteiligt zu sein, das Fragen zum Ursprung des Universums und des Lebens untersucht.»

Niedriges Gewicht ist bei Weltraumprojekten oberstes Gebot. Hier glänzen die Motoren von maxon. Rottmeier: «Dank der Antriebe von maxon konnten wir einen Schild bauen, der weniger als 200 Gramm wiegt und Vibrationen, beispielsweise während des Starts, problemlos standhält.» Die renommierte Zuverlässigkeit und hohe Qualität der maxon DC-Motoren waren ein weiteres Auswahlkriterium. Er fügt hinzu: «Die Ingenieure und Ingenieurinnen bieten einen äusserst flexiblen und rundum fantastischen Support.»

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ESA; C. Carreau; maxon Group