Quelle: RWTH 23. Mai 2024.

23. Mai 2024 – Das Euclid-Konsortium veröffentlicht heute die ersten wissenschaftliche Arbeiten, die auf Beobachtungen des Euclid-Teleskops basieren. Forschende des Euclid-Konsortiums beobachteten und analysierten während der Early Release-Observationsphase eine Reihe wissenschaftlich interessanter Ziele. Sie geben einen Einblick in das beispiellose Potenzial des Teleskops, das die Aufgabe hat, die umfassendste und genaueste Karte unseres Universums zu erschaffen. An dem Großprojekt sind Professor Julien Lesgourgues und Dr. Santiago Casas vom Lehrstuhl für Theoretische Astroteilchenphysik und Kosmologie und Institut für Theoretische Teilchenphysik und Kosmologie (TTK) der RWTH Aachen beteiligt.

„Diese erste beeindruckende Veröffentlichung von Euclid-Bildern bestätigt, dass die Mission in den kommenden Jahren in der Lage sein wird, eines ihrer Hauptziele zu erreichen: einen riesigen Katalog von Bildern von etwa einer Milliarde Galaxien erstellen – der größte Galaxienbildkatalog, der jemals kreiert wurde. Mit einem solchen Katalog werden wir in der Lage sein, den detaillierten Entstehungsprozess großer Strukturen unseres Universums – zum Beispiel Galaxienhaufen, kosmische Filamente und riesige Leerräume – während der letzten Milliarden Jahre zu verstehen“, erklärt Professor Lesgourgues.

Einsichten in die Verteilung der dunklen Materie – und vieles mehr
Zehn wissenschaftliche Publikationen präsentieren nun spannende Ergebnisse zur Entdeckung frei schwebender, neu entstandener Planeten sowie neuer Zwerggalaxien und Galaxien mit geringer Oberflächenhelligkeit, zur Population von Kugelsternhaufen in der Nähe von Galaxien, zur Verteilung der dunklen Materie und des Lichts in Galaxienhaufen oder zu sogenannten gelinsten Galaxien mit hoher Rotverschiebung (high-redshift magnified lensed galaxies). Ebenso veröffentlicht das Konsortium heute weitere technische Informationen zur Mission, die die herausragenden Fähigkeiten von Euclid bestätigen sollen.

„Für mich als theoretischen Kosmologen ist es besonders spannend, dass wir nun in der Lage sein sollten, die Masse der leichtesten bekannten Teilchen, der Neutrinos, zu bestimmen und die Eigenschaften der beiden geheimnisvollsten Bestandteile des Universums, der dunklen Materie und der dunklen Energie, besser zu verstehen. Tatsächlich sind Neutrinos, dunkle Materie und dunkle Energie im Universum sehr häufig, und ihre Eigenschaften – wie eben die Masse von Neutrinos – bestimmen die Art und Weise, wie sich diese großen Strukturen bilden“, erläutert Lesgourgues. „Um die Masse von Neutrinos oder die Eigenschaften von dunkler Materie und dunkler Energie zu bestimmen, müssen wir die realen Daten mit vielen Computersimulationen des Universums vergleichen, die unter verschiedenen Annahmen durchgeführt wurden.“

Simulationen spielen für die Forschungsgruppe Kosmologie der RWTH Aachen eine wichtige Rolle. Die Aachener Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickeln Simulationscodes und stellen diese der internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Sie zeigen, wie das großräumige Universum unter anderem von den Eigenschaften der Neutrinos, der dunklen Materie und der dunklen Energie abhängt.

„Diese Instrumente werden eine wesentliche Rolle beim Vergleich zwischen den kosmologischen Modellen und den Beobachtungen von Euclid spielen. Wir haben uns seit vielen Jahren auf die Analyse der Euclid-Daten vorbereitet und freuen uns sehr darüber, dass die Satelliteninstrumente so gut funktionieren wie erwartet“, fügt Dr. Santiago Casas hinzu. „Unsere Arbeit konzentriert sich auf die Bayes’sche Parameterschätzung, bei der wir hochentwickelte statistische Methoden einsetzen, um die Parameter unseres Modells an die Beobachtungsdaten anzupassen. Diese Methoden sind sehr rechenintensiv, so dass wir für Teile dieser Berechnungen auf das RWTH High Performance Computing Cluster zurückgreifen. Indem wir verschiedene Szenarien simulieren und unterschiedliche Annahmen untersuchen, prognostizieren wir die Leistungsfähigkeit der Euclid-Mission bei der Messung der kosmologischen Parameter unseres Universums, wie z.B. die Häufigkeit von dunkler Materie und dunkler Energie. An der RWTH Aachen haben wir zwei in der kosmologischen Gemeinschaft weithin anerkannte Codes entwickelt – CLASS und MontePython – die erheblich dazu beitragen, diese Analysen zu ermöglichen.“

Das Euclid-Konsortium
In Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) ist das Euclid-Konsortium für die Durchführung der Mission verantwortlich. Das Konsortium hat die Mission des Weltraumteleskops Euclid geplant und die benötigten Instrumente gebaut. Ziel der Mission ist es, den extragalaktischen Himmel über einen Zeitraum von sechs Jahren zu kartieren und Daten zu liefern, die neue Erkenntnisse über dunkle Energie und dunkle Materie ermöglichen. Das Teleskop wurde am 1. Juli 2023 ins All gestartet und begann am 14. Februar 2024 mit der Durchmusterung des Himmels. Das Euclid-Konsortium umfasst mehr als 2.600 Mitglieder, darunter über 1.000 Forscher aus mehr als 300 Forschungseinrichtungen in 15 europäischen Ländern sowie Kanada, Japan und den Vereinigten Staaten. Die beteiligten Institute und Labore decken die verschiedenen Bereiche der Astrophysik, Kosmologie, theoretischen Physik und Teilchenphysik ab. Heute können die Arbeiten des Konsortiums durch eine erste Reihe von Publikationen nachgewiesen werden.

Während der ersten Monate von Euclid im Weltraum wurde ein Early Release-Observationsprogramm durchgeführt, das einen ersten Blick auf die Tiefe und Vielfalt der durch Euclid ermöglichten Forschung erlaubt. Hierzu nahm das Teleskop für einen Zeitraum von 24 Stunden ausgewählte Ziele in den Blick, um eindrucksvolle Bilder zu erstellen, die gleichzeitig wertvolle Erkenntnisse für die Wissenschaft liefern. Fünf dieser Bilder wurden im November 2023 veröffentlicht. Weitere fünf Bilder werden heute von der ESA publiziert. Die wissenschaftlichen Arbeiten, die einem internen Peer-Review-Prozess unterliegen, sind bei Euclid Consortium Publications erhältlich und werden als Vorabveröffentlichungen auf ArXiv erscheinen. Die Bilder und der so genannte Science-Ready Catalog stehen bei der ESA zum Download bereit.

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• Weltraumteleskop EUCLID

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Quelle: RWTH.

11. Februar 2022 – Satelliten der Zukunft sollen sich wie Lego-Steine auseinanderbauen und immer wieder neu zusammensetzen lassen können. Diese Vision ist internationaler Konsens in der Raumfahrt, denn nur so lässt sich das Problem Weltraumschrott und auch die damit verbundene Sicherheit im Weltraum anpacken, weil eine neue Generation von modularen Satelliten im Weltraum repariert werden könnte. Das Institut für Strukturmechanik und Leichtbau der RWTH – kurz SLA – leistete für die nächste Generation modularer Satelliten Forschung an maßgeblicher Stelle: ­an der Schnittstelle zwischen den Modulen eines Satelliten.

Vereinfacht formuliert entwickelten die Aachener Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den passenden Stecker, iSSI genannt. Die RWTH meldete ein Patent an, die Idee wurde über die Ausgründung iBOSS GmbH auf den Markt gebracht. Das System wird jetzt erstmals im Weltraum erprobt. Am 19. Februar starten die Testmodule mit einer US-Raumfahrt-Mission auf die internationale Raumstation ISS. Dort werden sie auf dem japanischen Teil der ISS erstmals von einem Roboter in einem Außeneinsatz miteinander verbunden und wieder gelöst. Dabei lassen sich im verbundenen Zustand über die Schnittstelle des Stecksystems Daten und Strom übertragen.

Revolutionärer Ansatz
Für Professor Kai-Uwe Schröder, Leiter des SLA, und sein Team ist dies ein Meilenstein: Satellitenmodule lassen sich überall und damit auch im Weltraum Dank einfacher Handhabe immer wieder neu zusammensetzen. „Unser Ansatz ist revolutionär, potenziell setzt unser System einen Standard wie beispielsweise der USB-Stecker. Eine erfolgreiche Demonstration unter Raumfahrtbedingungen, im Vakuum und unter kosmischer Strahlung, wäre der große Durchbruch“, erläutert Schröder. „Wir haben die Chance, die Raumfahrt endlich nachhaltiger zu gestalten.“

Defekte Bauteile ließen sich künftig austauschen, um die Lebensdauer und Funktion eines Satelliten deutlich zu steigern. So werden beispielsweise in Satelliten sogenannte Drallräder eingesetzt, um ihre Lage im Raum zu kontrollieren. Wenn die Drallräder nicht mehr funktionieren, lässt sich der Satellit nicht mehr ausrichten – er steht somit nur eingeschränkt oder gar nicht mehr zur Verfügung. Integrierte Drallräder in einem Baumodul können bei Defekt ersetzt werden. Letztlich sind Satelliten durch diesen möglichen On-orbit-Service sogar um weitere Bauteile und Funktionen erweiterbar.

Seit 2010 ist das RWTH-Institut an einem Forschungsprojekt der DLR zu modularen Satelliten beteiligt. Zwölf Jahre später wird die Idee realisierbar, Bausteine eines Satelliten auf der Erde zu erstellen und im Orbit zusammenzusetzen. Für ihren iSSI-Ansatz wurde die RWTH-Ausgründung „iBOSS“ jüngst mit dem „Innovation in Space“-Award ausgezeichnet.

Positive Erfahrungen sammelte das Aachener Forscherteam mit der iSSI bereits auf der Erde. So wird der Stecker im Projekt upBUS eingesetzt, einem hybriden Mobilitätskonzept, bei dem ein Fahrzeug zwischen einer Luftseilbahn und einem autonomen Busbetrieb wechselt. Bei diesem Übergang muss in die Seilbahntechnik ein- und ausgekoppelt werden. Mit der anstehenden Mission auf der ISS – die RWTH ist dort ebenfalls am AMS-Projekt beteiligt und ihr Alumnus Matthias Maurer wird als Astronaut dabei sein – steht der nächste große Schritt an. Vision ist eine extraterrestrische Anwendung – etwa bei der Installierung von Stationen auf fernen Planeten.

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• **ISS** Forschung & Forschungseinrichtungen

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Quelle: Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT.

8. September 2021 – Mit dem Verfahren Laser Powder Bed Fusion (LPBF) wurde erstmals ein neuer Präzisionsgreifarm aus Metallpulver in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Digital Additive Production DAP entwickelt und aufgebaut – für die Montage von Weltraumkomponenten im Reinraum ein Novum! Der Greifarm ist leichter als sein Vorgänger und doch stabil genug, um schwerere Laseroptiken ultragenau montieren und justieren zu können.

Lasersysteme für den Weltraumeinsatz

Vibrationstest und Klimakammer – das sind typische Stationen bei der Qualifizierung eines Lasersystems für den Weltraumeinsatz. Trotz höchster Belastungen müssen die Systeme mikrometergenau justiert bleiben, um im All sicher arbeiten zu können.
Am Fraunhofer ILT in Aachen wurde in den vergangenen Jahren die Montagetechnik für solche Lasersysteme entwickelt und immer weiter verbessert. Dabei arbeiten die Expertinnen und Experten des Fraunhofer ILT mit Partnern wie DLR, Airbus Defence and Space, TESAT Spacecom sowie der ESA zusammen, um komplexe optische Systeme zu bauen. Für den Aufbau dieser optischen Systeme werden modernste Technologien eingesetzt: Alle wesentlichen Justierschritte werden mit manuell geführten Robotern im Pick & Align-Verfahren vorgenommen. Ein zentrales Werkzeug ist der Greifarm. Er sitzt auf einem Hexapoden und positioniert die Bauteile mikrometergenau im optischen Aufbau. Dort werden sie auf wenige mikro-rad genau justiert und durch Löten fixiert. Der Aufbau des Greifarms ist entscheidend für die Präzision der Montage und gibt auch das maximale Gewicht der optischen Komponenten vor.

Mit bionischem Design und additiven Methoden zu mehr Tragkraft

Um die Leistungsfähigkeit der Aufbautechnologie weiter zu steigern, entwickelte das Fraunhofer ILT einen komplett neuen Greifarm. Nach seiner Konstruktion legten die Kolleginnen und Kollegen des Lehrstuhls für Digital Additive Production DAP der RWTH Aachen University zudem die bionischen Strukturen so aus, dass bei kleinerem Eigengewicht seine Nutzlast vergrößert werden konnte. Gefertigt wurde der topologieoptimierte Greifarm schließlich via Laser Powder Bed Fusion (LPBF) ebenfalls am Lehrstuhl DAP. Dank einer speziellen Nachbearbeitung erreicht der Greifarm die Reinraumklasse ISO5. Das ist ein absolutes Novum – bislang verhinderte Restpulver an den Bauteilen den Einsatz additiver Methoden bei solchen Präzisionswerkzeugen im Reinstraum. Der neue Greifarm ist zweigeteilt mit einem statischen und einem beweglichen Teil. Zuleitungen für benötigte Medien sind zur Minimierung der Kontamination in den Greifarm integriert.

Für die Missionen der Zukunft

Dieses Präzisionswerkzeug bewegt deutlich schwerere Teile als das bislang eingesetzte Werkzeug, gleichzeitig ermöglicht es eine stabilere Justage. »Wir beschreiten mit dieser Technologie einen für uns neuen Weg. Es wird nicht erst konstruiert und dann geschaut, ob das Bauteil die gewünschten Eigenschaften hat, sondern die Bauteilgeometrie wird für die Belastungsszenarien optimiert«, beschreibt Michael Janßen, der seit Jahren am Fraunhofer ILT die Greifer für die Montage konstruiert, die Vorgehensweise.

Eingesetzt wird der neue Greifer im Rahmen von FULAS – einer universellen Technologieplattform, welche die Aachener zum Aufbau von Lasersystemen in Luft- und Raumfahrtprojekten entwickelt haben. »Wir haben in die Fertigung des neuen Greifers die Erfahrungen aus der gesamten FULAS-Entwicklung eingebracht« resümiert Projektleiter Heinrich Faidel vom Fraunhofer ILT die Aktivitäten. Ein System auf FULAS-Basis wird derzeit für die deutsch-französische Klimamission MERLIN (Methane Remote Sensing Lidar Mission) aufgebaut. Der Kleinsatellit MERLIN soll von Kourou, Französisch-Guayana, aus in den Weltraum befördert werden, um die Verteilung von Methan in der Erdatmosphäre zu kartieren. Kernkomponente des Satelliten ist ein LIDAR-Laser, der Lichtpulse in die Atmosphäre schickt und aus dem zurückgestreuten Licht die Methankonzentration bestimmt.

Treffen Sie unsere Expertinnen und Experten auf dem 15. Tag der Deutschen Luft- und Raumfahrtregionen am 29. September 2021 in Aachen.

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• 3D-Drucker in der Raumfahrt

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Quelle: Jülich Aachen Research Alliance (JARA).

23. Oktober 2019 – Die RWTH Aachen vergibt jedes Jahr den Friedrich-Wilhelm-Preis an Studierende und Doktoranden verschiedener Ausbildungsstufen, die herausragende wissenschaftliche Leistungen erbracht haben. Einer der diesjährigen Preisträger ist Dr. Jamal Slim, Institut für Kernphysik, Experimentelle Hadronendynamik am Forschungszentrum Jülich und Lehrstuhl für Experimentalphysik III B der RWTH Aachen. Dr. Slim erhält die Auszeichnung für seine Doktorarbeit. Betreuer seiner Arbeit war Prof. Dirk Heberling, Mitglied in JARA-FAME und Institutsleiter des Lehrstuhls für Hochfrequenztechnik der RWTH Aachen.

Mehrere junge Masteranden, Doktoranden und Habilitanden dürfen sich am 29. November über die Verleihung des Friedrich-Wilhelm-Preises freuen. Jedes Jahr werden herausragende Absolventinnen und Absolventen der RWTH mit diesem Preis geehrt. In diesem Jahr darf sich Dr. Jamal Slim über den mit 1.000 Euro dotierten Preis freuen. Der studierte Elektroingenieur erhält die Auszeichnung für seine exzellente Doktorarbeit, in der er sich mit der in unserem Universum vorherrschenden Materie-Antimaterie-Asymmetrie auseinandersetzt.

Die gängige wissenschaftliche Überzeugung ist, dass direkt nach dem Urknall gleich viel Materie wie Antimaterie vorhanden war. Bei dieser Zusammensetzung hätte sich jedoch beides anschließend vollständig zu Strahlung vernichten müssen. Die Existenz unseres durch Materie dominierten Universums zeigt, dass das Standardmodell der Teilchenphysik den Grund unserer Existenz nicht erklären kann. Es bedarf einer Physik jenseits des Standardmodells und neuer Ansätze, um die Frage um unsere Existenz zu klären. Elektrische Dipolmomente sind Phänomene, die das Ungleichgewicht von Materie zu Antimaterie erklären könnten. Das elektrische Dipolmoment (EDM) entsteht, wenn die positiven und negativen Ladungsträger in einem Objekt unterschiedliche Schwerpunkte besitzen.

In seinen Untersuchungen hat sich Dr. Jamal Slim mit Hilfe des Hadronenbeschleunigers COoler SYnchroton COSY auf die Suche nach nicht-verschwindenden elektrischen Dipolmomenten fundamentaler Teilchen gemacht. Für den Nachweis eines EDMs geladener Teilchen wäre ein dedizierter elektrischer Speicherring nötig, den es bis dato jedoch noch nicht gibt. Slim setzte gemeinsam mit dem Team der JEDI (Jülich Electric Dipole moment Investigations) Kollaboration einen RF Wien Filter an COSY ein, um Messungen an Deuteronen und Protonen durchzuführen und auf diese Weise ein elektrisches Dipolmoment nachzuweisen. Vorläufige positive Ergebnisse wurden erzielt und werden in Kürze veröffentlicht. In seiner Dissertation untermauerte Dr. Slim den Ansatz durch Ausführungen zu Design, Simulation, Analyse sowie Realisierung und Inbetriebnahme des neuartigen Gerätes.

Dr. Jamal Slim ist Postdoktorand am Lehrstuhl für Experimentalphysik III B, Lehr- und Forschungsgebiet Experimentalphysik der RWTH Aachen unter der Leitung von JARA-FAME Direktor Prof. Jörg Pretz, sowie am Institut für Kernphysik, Experimentelle Hadronendynamik am Forschungszentrum Jülich, das durch Prof. Hans Ströher, ebenfalls JARA-FAME geleitet wird. Seine Dissertation betreute Prof. Dirk Heberling, Mitglied in JARA-FAME und Institutsleiter des Lehrstuhls für Hochfrequenztechnik der RWTH Aachen.
Neben dem Friedrich-Wilhelm-Preis, der am 29. November in einer Feierstunde vergeben wird, erhielt Dr. Slim auch die Borchers-Plakette. Mit der Borchers-Plakette ehrt der Rektor der RWTH Aachen Promovenden, die ihre Promotion mit „summa cum laude“ abgeschlossen haben. Der Preis wurde im Rahmen des Graduiertenfestes Mitte September 2019 vergeben.

Friedrich-Wilhelm-Preis der RWTH Aachen
Der Friedrich-Wilhelm-Preis wird von der gleichnamigen Stiftung verliehen, die 1865 gegründet wurde. Der Name der Stiftung geht auf den preußischen Kronprinzen und späteren Kaiser Friedrich Wilhelm III. zurück. Ziel ist die Förderung von Forschung und Lehre, die Unterstützung von Studierenden sowie von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern an der RWTH. Ausgezeichnet werden dabei herausragende Masterarbeiten, Dissertationen und Habilitationen. Die Preise sind mit 500, 1.000 und 2.000 Euro dotiert.

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Ein Beitrag von Kirsten Müller. Quelle: RN.

Die geschlossene Veranstaltung am Vormittag bei der RWTH Aachen fing mit einer Präsentation von Soichi Noguchi (Japan) und Sergej Wolkow (RUS) über die Geschichte der Raumfahrt und des ASE an. Danach hielt der japanische Astronaut Akihiko Hoshide einen Vortrag über seine ISS-Mission 32/33. Der Höhepunkt selbiger war für ihn das Aussetzen des kleinen japanischen Satelliten Kibo. Anton Schkaplerow berichtete vom Training für seine Mission und von der Missionsplanung, untermalt mit russischsprachigen Powerpoint-sheets.

Höhepunkt der Veranstaltung war eine Präsentation der gesamten ISS-33/34-Crew: Oleg Nowizki, Jewgeni Tarelkin und Kevin Ford. Jewgeni Tarelkin benannte dabei, dass in den Jahren 2014 und 2015 auch geplant ist, ein SpaceX-Raumschiff an der ISS andocken zu lassen. Im Anschluss daran präsentierte Jean Francois Clervoy (ESA / Frankreich) über die Beiträge der ESA zur ISS und über die Zukunftsvisionen.

An einer anschließenden Pressekonferenz nahmen unter anderem Hans Schlegel, ehemaliger Physikstudent an der RWTH Aachen, und Reinhold Ewald, ehemaliger RWTH-Aachen–Dozent, teil. Schlegel erzählte von seiner Mitarbeit bei der Entwicklung des AMS (Alpha-Magnet-Spektrometer), bei der die RWTH Aachen auch einen Anteil gehabt hatte und das in Aachen gebaut worden war. Das wissenschaftliche Denken, das er im Weltraum angewandt habe, habe er bei der RWTH gelernt. Ewald erzählt mittlerweile bei Präsentationen nicht mehr so viele Fakten, weil die seinem Publikum durch soziale Medien mittlerweile sowieso bekannt sind. Viel lieber berichtet er von seinen Erfahrungen.

Nachmittags fand auf dem Katschhof in Aachen eine halböffentliche Veranstaltung statt. Dem Publikum als besonders prominente Raumfahrer wurden vorgestellt: Rusty Schweickart (Apollo 9), Alexei Leonow (1. Ausstieg in den freien Weltraum), Reinhold Ewald (MIR 1997) und Sheikh Muszaphar Shukor, der neben seiner Tätigkeit als Arzt und als Astronaut auch als Model gearbeitet hatte. Jetzt sei er aber mehr ein „role model“, Vorbild, für die Jugend.

Professor Dr. Stefan Schael von der RWTH Aachen erzählte dann vom AMS (Alpha Magnetic Spectrometer), das in Aachen gebaut worden war und mit STS 134, der letzten Endeavour-Mission, zur ISS gebracht worden war. Dieser Teilchendetektor ist das größte Experiment auf der ISS.

Attila Wohlbrandt (DLR) demonstrierte das Konzept Science Slam, mit dem man einem allgemeinen Publikum erklären kann, was die Wissenschaft eigentlich macht; dies anhand einer einfachen Demonstration der Schwerkraft und einiger Erklärungen zur Bildung von Dendriten. Diesem Vortrag folgte eine Präsentation über Weltraumschrott und über das Rexus-Programm für Studenten. Dieses beinhaltet, dass kleine Satelliten ein Segel dabei haben, das sie am Ende ihrer Mission entfalten, damit ihr Eintritt und das Verglühen in der Erdatmosphäre schneller gehen. Anschließend wurde nochmals eine Botschaft von Luca Parmitano aus der ISS übertragen, und alle anwesenden 85 Raumfahrer betraten die Bühne. Einige Fragen wurden gestellt, unter anderem, was denn die Familien der Raumfahrer von deren Beruf halten. Ulf Merbold antwortete über seine Weltraummissionen: „Das war das einzige Mal, dass meine Frau genau wusste, wo ich bin!“

Am Mittwoch, dem 3. Juli, war „Ausschwärmtag“. Die Raumfahrer nahmen über ganz Deutschland verstreut an über 30 verschiedenen, teilweise internen und teilweise öffentlichen Veranstaltungen teil.

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Die Erdbeobachtung ist eines der wichtigsten Gebiete der Raumfahrt. Sie ermöglicht vielfältige Dienste, die allen Menschen nützlich sind. So wäre beispielsweise die Wettervorhersage der nächsten Tage ohne Satelliten, welche das Geschehen in der Atmosphäre messen, nicht möglich. Auch die Erstellung von detaillierten Landkarten bezieht ihre Daten aus der Raumfahrt. Zu diesem aufregenden Thema fand in Aachen das 24. Raumfahrtkolloquium statt.

In sieben Fachvorträgen ging es um Programme wie Living Planet von der ESA und den Anteil des DLR daran, aber auch über Missionen wie GOCE oder Cryosat 2 wurde berichtet. Ein Höhepunkt war der Bericht von Gerhard Thiele, welcher im Jahr 2000 selbst mit dem Space Shuttle in den Orbit flog und von dort sowohl mit Messinstrumenten als auch mit bloßem Auge die blaue Kugel beobachten konnte.

Erdbeobachtung im deutschen Raumfahrtprogramm

Für eine Raumfahrtnation wie Deutschland stellt die Erdbeobachtung einen beachtlichen Teil des Raumfahrtprogramms dar. Dazu sprach Dr. Hans-Peter Lüttenberg vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn.

Drei bedeutende Bereiche, die Erdbeobachtung versorgt, sind der gesellschaftliche, der wirtschaftliche und der wissenschaftliche. Für die Bevölkerung stellt die Erdbeobachtung viele Dienste bereit, die das tägliche Leben in vielen Bereichen erleichtern. Ein Paradebeispiel dafür ist Google Earth, welches die Beobachtung der ganzen Erde vom heimischen PC aus ermöglicht. Auch der wirtschaftliche Sektor unterstützt, da durch den Bau von Erdbeobachtungssatelliten Arbeitsplätze entstehen können und die Raumfahrtindustrie gefördert wird. Zuletzt nutzen viele Erdbeobachtungssatelliten auch der Wissenschaft, da durch Aufnahmen in verschiedenen Spektralbereichen neue Erkenntnisse über den Aufbau der Erde gewonnen werden können.

Das DLR betreibt derzeit mehrere Satelliten zum Zweck der Erdbeobachtung. In öffentlich-privater Partnerschaft mit EADS Astrium werden beispielsweise die Zwillingssatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X betrieben, welche im Formationsflug 3D-Bilder der Erde anfertigen können. Auf ENVISAT wird vom DLR das Instrument SCIAMACHY betrieben, welches die Spurengase in der Atmosphäre untersucht. Bereits beendet ist die Mission GRACE. Sie hat Messungen über die zeitlichen Änderungen des Schwerefeldes der Erde durchgeführt. Aufgrund ihres Erfolges ist jedoch bereits eine Nachfolgemission in Planung: GRACE-F soll in Zusammenarbeit mit der NASA gestartet werden. Eine kommerzielle Initiative, welche durch das DLR finanziell unterstützt wird, ist RapidEye. Fünf baugleiche, 2008 gestartete Kleinsatelliten beobachten die Erde im optischen Bereich. Ihr Vorteil liegt in der täglichen Wiederholrate der Aufnahmen sowie in der gesicherten Beobachtung größerer Gebiete.

Auch für die Zukunft sind weitere Missionen geplant. So soll im Jahre 2015 die Mission EnMAP starten und verschiedene Parameter des Ökosystems untersuchen. Dazu ist sie mit einem anspruchsvollen Hyperspektralinstrument ausgestattet, welches über 200 Kanäle abdeckt. 2015 oder 2016 ist es geplant, auf der französischen Plattform MYRIADE das Instrument MERLIN zu starten. Dieses soll Methanquellen am Boden auf ihre Intensität hin untersuchen. Auch soll das atmosphärische Methan genauer bestimmt werden. Als weitere sogenannte „Pickup-Nutzlast“ ist METimage geplant. Das Instrument soll 2019 auf dem EUMETSAT-Satelliten MetOp-SG starten und die Mikrophysik innerhalb von Wolken genauer bestimmen.

Aber nicht nur in Einzelarbeit betreut das DLR Projekte. Es ist auch in das Living Planet-Programm der ESA involviert. Von den 6 geplanten Missionen wurden drei bereits gestartet: GOCE (2009), SMOS (2009) und Cryosat 2 (2010, der Vorgänger Cryosat ging 2005 aufgrund eines Fehlers in der Trägerrakete verloren). Weitere geplante Missionen sind ADM-Aeolus (geplanter 2013), SWARM (2012) und EARTHCARE (2015).

GOCE – Schwerefeldbestimmung aus dem niedrigen Erdorbit

Über den ersten Satellit des Living Planet-Programms der ESA, welcher die Aufgabe hat, die Unregelmäßigkeiten im Schwerefeld zu messen, referierte Prof. Dr.-Ing. Reiner Rummel vom Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie in München. Der Orbit des Satelliten hat nur eine Höhe von 265 km, damit dieser sich möglichst nahe an der Erde befindet. Um die Messungen durchzuführen, befinden sich im inneren 4 kubische Testmassen. Diese bestehen aus Platin-Rhodium und haben die Maße 4 cm x 4 cm x 1 cm sowie eine Masse von 320g. Sie sitzen jeweils 50 cm vom Schwerpunkt des Satelliten entfernt, wo sie einer Beschleunigung von einem Millionstel g ausgesetzt sind. Indem die Kraft, die auf diese Platten wirkt, genau gemessen wird, können Unregelmäßigkeiten im irdischen Schwerefeld genau gemessen werden.

Da die Reibung den Satelliten aufgrund seiner niedrigen Bahnhöhe innerhalb von 14 Tagen zum Absturz bringen würde und die Abbremsung außerdem die Messungen stören würde, wird diese jederzeit genau bestimmt und durch ein sehr genaues Ionentriebwerk kompensiert. Eine weitere Messmethode ist die Ermittlung der Geschwindigkeit mithilfe des US-Amerikanischen GPS. Indem die Abbremsungen und Beschleunigungen des Satelliten gemessen werden, können Rückschlüsse auf das Schwerefeld der Erde gezogen werden.

Die Messung des Erdmagnetfeldes durch CHAMP

Das Erdmagnetfeld birgt noch viele Geheimnisse, von denen bereits einige durch CHAM gelüftet wurden. Über diesen technisch anspruchsvollen Satelliten berichtete Prof. Dr. Hermann Lühr vom Deutschen GeoForschungsZentrum in Potsdam.

Der am 15. Juli 2000 auf einer russischen Kosmos-Rakete gestartete CHAMP hatte die Aufgabe, das Erdmagnetfeld, welches zu einem großen Teil äußeren, flüssigen Teil des Kerns erzeugt wird, zu untersuchen. Er war bis zum 4.9.2010 voll funktionsfähig und verglühte 15 Tage später in Erdatmosphäre. Zu seinen Instrumenten gehörten verschiedene Magnetometer, welche teilweise an einem etwa vier Meter langen Ausleger angebracht waren. Am Schwerpunkt des Satelliten befand sich zusätzlich ein Accelerometer, welches die Beschleunigung messen konnte. CHAMP war außerdem der erste Satellit, der zur Navigation auf GPS setze und so über eine Art „Autopilot“ verfügte.

Ein wichtiges Ergebnis der CHAMP-Mission war die genauere Untersuchung des EEJ (Äquatorialer Elektrojet), welche dabei zum ersten Mal ausgeführt werden konnte. Der EEJ ist ein etwa 400 km schmaler, elektrischer Strom, der in der Ionosphäre von Ost nach West fließt. Jedoch ist die Stärke dieses Stroms nicht kontinuierlich, sondern hängt von verschiedenen Faktoren (z.B. Gewittern) ab. Problematisch beim EEJ ist, dass eine erhöhte Leitfähigkeit der Ionosphäre Funksignale wie GPS stören kann.

Auch für die Mission CHAMP ist ein Nachfolger geplant: 2012 soll die aus drei Satelliten bestehende Mission SWARM starten und das Magnetfeld noch genauer untersuchen, als es ihrem Vorgänger möglich war.

ENVISAT und die Chemie unserer Atmosphäre

Die Erdatmosphäre befindet sich ständig im Umbruch und unterliegt vielen äußeren Einflussen. Über diese und die Untersuchungen dieser berichtete Prof. Dr. John P. Burrows vom Institut für Fernerkundung an der Universität Bremen.

Sowohl der Mensch wie auch die Sonne und andere äußere Einfluss verändern ständig die chemische Zusammensetzung der Erdatmosphäre. Dies wurde und wird immer noch durch das SCIAMACHY-Instrument (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric CHartographY) auf dem Europäischen Umweltsatelliten ENVISAT untersucht. Dieses Spektrometer untersucht die Verteilung von Spurengasen in der irdischen Lufthülle. Aus den gewonnenen Daten können globale Daten dieser Gase erstellt werden, aus denen Rückschlüsse auf die Entstehung bzw. den Ausstoß der Atmosphärenbestandteile gezogen werden können. Ursprünglich war es geplant, zwei Instrumente dieses Typs mitzuschicken, aufgrund des begrenzten Budgets war jedoch nur ein einziges möglich.

Auf den Karten der verschiedenen Gase lassen sich viele Tätigkeiten des Menschen auf der Erde erkennen. So sind beispielsweise auf der Darstellung der globalen NO₂(Stickstoffoxid)-Verteilung Schifffahrtsstraßen erkennbar. Auch Industrieländer wie das aufstrebende Südafrika sind gut sichtbar. Herausgefunden wurde bei den Untersuchungen unter anderem, dass der NO₂-Gehalt in der Erdatmosphäre saisonal schwankt und der Gehalt in Europa insgesamt über die Jahre sinkt.

Die Polkappen des blauen Planeten – Cryosat 2 bestimmt die Dicke des Arktiseis

Die Dicke des Eises im Nordpolar sinkt und das hat Folgen – positive und negative. Über dieses spannende Thema und seine Erforschung durch den europäischen Satelliten Cryosat 2 berichtete Prof. Dr. Rüdiger Gerdes vom Alfred-Wegner-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremverhaven.

Dass das Eis im Nordpolarmeer weniger wird, war schon lange bekannt. Jedoch wusste man nie, wie viel weniger. Um dies genauer zu untersuchen, wurde Cryosat-2 gestartet. Der Nachfolger der aufgrund eines Raketenfehlers verloren gegangenen Mission Cryosat untersucht mithilfe eines Radarinstruments die Eisdicken im nördlichen Polarbereich. Jedoch eignet sich der Satellit eher für die Untersuchung saisonaler Unterschiede als für tagesaktuelle Messergebnisse, da er auf seiner Umlaufbahn um die Erde 90 Tage braucht, bis er sich wieder über einem Punkt der Erdoberfläche befindet.

Um zu sichern, dass Cryosat 2 die richtigen Daten liefert, wurde an einigen Stellen vom Boden aus das Ergebnis kontrolliert. Im Rahmen der CryoVEx-Kampagne (CRYOsat Validation EXperiment) wurden unter anderem mit Flugzeugen die Eisdicke aus nächster Nähe bestimmt. Hierbei wurde festgestellt, dass die Instrumente an Bord des Satelliten ordnungsgemäß kalibriert werden konnten und die Daten für wissenschaftliche Zwecke verwendet werden können.

Die Menge des Eises sinkt seit Jahren, was viele Folgen hat: Unter anderem werden neue Schifffahrtswege frei, was die Fahrtzeit und –kosten erheblich reduziert. Jedoch wird durch die höhere Anzahl von Schiffen im Polargebiet auch mehr Ruß ausgestoßen, welcher sich auf dem Eis niedersetzt. Da dadurch mehr Sonnenlicht absorbiert wird, schmilzt mehr Eis ab und die Polkappe verkleinert sich weiter.

Der Klimawandel und seine Auswirkungen auf die Erde

Durch die Raumfahrt konnten viele Erkenntnisse über das Klima und seinen Wandel gewonnen werden. Doch welche Auswirkungen hat dieser auf die Erde? Über dieses Thema referierte Dr. habil. Helmut Kühr vom Internationalen Büro des BMBF beim DLR in Bonn.

Durch den Klimawandel entstehen verschiedene Herausforderungen, die in Zukunft noch mehr beachtet werden müssen. So sollte beispielsweise mehr in die sogenannten erneuerbaren Energien investiert werden, damit eine Stromversorgung auch nachhaltig gesichert ist. Die Nachhaltigkeit ist auch in anderen Bereichen wichtig, da z.B. die Forstwirtschaft und Fischerei sonst geschädigt werden können.

Die Erde aus der Sicht eines Astronauten – Gerhard Thiele berichtete

Nicht nur mit unbemannten Satelliten wird die Erde beobachtet, auch Astronauten schauen auf die blaue Kugel. Der deutsche Gerhard Thiele war bei der Space-Shuttle-Mission STS-99 dabei und berichtete in Aachen von seiner Mission.

Während der SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) konnte ein hochgenaues Höhenprofil der Erde erstellt werden. Dazu wurde ein etwa 60 Meter langer Mast mitgeführt, an dessen Ende eine Radarantenne befestigt war. Zusammen mit einer zweiten im Inneren der Nutzlastbucht konnten so dreidimensionale Aufnahmen der Erdoberfläche angefertigt werden, aus denen genaue Höhen aller Punkte auf der Erde berechnet werden konnten.

Dazu mussten jedoch zwei Parameter genauestens bekannt sein: Der Abstand zwischen Boden und Shuttle und der Abstand der beiden Kameras. Während die Entfernung zum Boden durchgehend vom Boden gemessen wurde, war die Bestimmung des Kameraabstands eine der Hauptaufgaben der Crew. Durch temperaturabhängige Ausdehnung und Schwingungen bei Triebwerksmanövern veränderte sich die Länge des Mastes ständig, jedoch war für die Genauigkeit der Daten eine Kenntnis unabdingbar.

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