Quelle: Universität Zürich 24. September 2024.

24. September 2024 – Der neue Standort im Innovationspark Zürich bietet die Chance, ein einzigartiges Weltraum-Ökosystem aufzubauen, das Forschung, Technologie und Wirtschaft verknüpft und den Weg für zukünftige Innovationen ebnet.

Die Erkundung des Weltraums hat das Wissen über das Universum, aber auch über die Erde und den Menschen in den letzten Jahrzehnten enorm erweitert. Treiber dahinter waren vornehmlich staatlich geförderte, internationale Kooperationen und heute zunehmend auch private Raumfahrtunternehmen. Der Kanton Zürich hat sich dieses Jahr zum Ziel gesetzt, seine Innovationskraft im Thema Raumfahrt zu stärken. «Mit ihrer Forschungsstärke, ihrer interdisziplinären Expertise und ihren internationalen Kooperationen ist die Universität Zürich prädestiniert, dazu einen entscheidenden Beitrag zu leisten», sagt Regierungsrätin Silvia Steiner anlässlich der Medienkonferenz zum UZH Space Hub. Dieser bündelt seit 2018 die Luft- und Raumfahrtaktivitäten der Universität Zürich (UZH) und ist vor kurzem in die Halle 4 im Innovationspark Zürich eingezogen.

Multiperspektivische Annäherung an den Weltraum
Die wichtigsten Forschungsschwerpunkte des UZH Space Hub umfassen Fernerkundung und Erdbeobachtung, Astrophysik, Space Life Science sowie die autonome Navigation von Drohnen. Einbezogen werden aber weit mehr als nur technische oder naturwissenschaftliche Fragen, sondern auch ethische, philosophische und theologische – selbst in den Filmwissenschaften ist das All Gegenstand von Forschung. «Die Vielfalt der Themen zeigt, dass der Weltraum und die Erde multiple Aspekte des menschlichen Daseins umfassen, mit denen sich Naturwissenschaftlerinnen ebenso wie Geistes- und Sozialwissenschaftler auseinandersetzen. Als grösste Schweizer Volluniversität möchten wir möglichst viele dieser Dimensionen in die Erkundung des Weltraums und der Erde einbringen und mittels interdisziplinärer Arbeit gewinnbringend verknüpfen», betont UZH-Rektor Michael Schaepman.

Blick auf die Erde und ins Universum
Dies geschieht etwa in der Fernerkundung, wo UZH-Forschende mittels modernster Sensortechnik auf Flugzeugen, Drohnen und Satelliten detaillierte Daten über Umweltbedingungen und atmosphärische Prozesse sammeln. Auf diese Weise lässt sich zum Beispiel Biodiversität quantifizieren oder die Veränderung in der Zusammensetzung von Pflanzengemeinschaften überwachen. Diese Erkenntnisse tragen dazu bei, den menschlichen Einfluss auf regionale, aber auch globale Ökosysteme zu verstehen, und dienen als Basis, um Schutz- oder Anpassungsstrategien für Umwelt und Klima zu entwickeln. Dank dem direkten Zugang zum Flugplatz Dübendorf können die benötigten Sensoren und Daten gleich vor Ort verbessert und verarbeitet werden, bevor sie später in weiteren Forschungsprojekten oder Satelliten zum Einsatz kommen.

Die umgekehrte Blickrichtung – von der Erde ins All – nehmen UZH-Forschende in der Astrophysik ein. Sie ergründen die grossen Fragen des Universums: Wie entstehen und entwickeln sich Planeten, Sterne und Galaxien? Mit Beobachtungsdaten und Simulationen, unterstützt durch modernste Hochleistungsrechner, widmen sie sich den Rätseln um Dunkle Materie, Dunkle Energie und ihren Einfluss auf die Expansion des Kosmos. Über ihre Beteiligung an bedeutenden internationalen ESA- und NASA-Missionen wie EUCLID, LISA, ARRAKIHS oder JUNO tragen sie massgeblich zum Verständnis kosmologischer Phänomene sowie zur internationalen Vernetzung bei.

Der Weltraum als Werkstatt
In den Space Life Sciences wiederum ergründen Forschende des UZH Space Hub die fundamentalen Auswirkungen der Schwerkraft. Im Zuge des im Innovationspark Zürich initiierten Schweizer Parabelflugprogramms oder auf der International Space Station (ISS) erforschen sie, wie zelluläre und molekulare Prozesse unter Erd- und Mikrogravitationsbedingungen ablaufen und wie sich Schwerkraft auf Körperfunktionen und genetische Stabilität auswirkt. Dabei haben sie ein Verfahren entwickelt, das Schwerlosigkeit als hochwirksames Werkzeug einsetzt, um dreidimensionale Gewebe herzustellen. Auf der Erde gelingt dies ohne aufwändige Stützskelette nur zweidimensional. Das UZH-Spin-off Prometheus Life Technologies AG züchtet auf diese Weise aus adulten menschlichen Stammzellen sogenannte Organoide, die dereinst etwa in der Präzisions- und Transplantationsmedizin verwendet werden könnten.

Inkubator für Forschung, Technologie und Innovation
Jungunternehmen wie Prometheus Life Technologies können die Infrastruktur des UZH Space Hub mitnutzen: In der Halle 4 lassen sich Fluglabor-, Werkstatt- und Büroflächen mieten sowie Testungen in hochmodernen Labors durchführen. Letzteres ist für Start-ups besonders attraktiv, da die Einrichtung eines eigenen Labors die finanziellen Möglichkeiten meist weit übersteigt. «Der UZH Space Hub möchte einen Rahmen dafür schaffen, dass Wissen geteilt, Synergien genutzt und Neues erforscht, entdeckt und entwickelt werden kann», sagt Oliver Ullrich, Direktor des UZH Space Hub. Er ist überzeugt, dass der erdnahe Orbit mit dem Ende der ISS im Jahr 2030 im Zuge einer neuen Weltraumwirtschaft noch viel intensiver genutzt werden wird – nicht nur als Forschungs-, sondern auch als Produktionsstätte.

UZH-Forschung bildet Fundament einer Wertschöpfungskette
Die Integration in den Innovationspark Zürich mit bereits bestehendem Fokus auf Luft- und Raumfahrt, die Anbindung an den Flugplatz Dübendorf, dies alles in nächster Nähe zur Hochschul- und Wirtschaftsmetropole Zürich, wo sich neben der ETH Zürich weitere Institutionen und Firmen von Weltruf befinden, bietet laut Ullrich ein einzigartiges Setting, um ein Weltraum-Ökosystem zu entwickeln. Dieses soll weitere Akteure aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt anziehen: von Forschungsinstitutionen über Start-ups, KMUs bis hin zu etablierten und global agierenden Unternehmen aus den Bereichen Space und Aviation. «Die UZH legt mit ihren hervorragenden Forschungsleistungen ein stabiles Fundament und bildet dank ihrer starken Vernetzung zugleich ein Scharnier zwischen Wissenschaft und Entwicklung, Technologie und Wirtschaft», so Ullrich. «Wir sind Teil einer Wertschöpfungskette, indem wir Wissen generieren, weitergeben und über Innovationen schliesslich für die Gesellschaft nutzbar machen.»

Factsheet zum UZH Space Hub
https://www.news.uzh.ch/dam/jcr:4b81b6c2-7ef9-44c4-b093-08eaad8d83e7/Factsheet_SpaceHub.pdf

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Quelle: Empa Anna Ettlin 12. April 2023.

12. April 2023 – Die europäische Raumsonde «JUICE», deren Launch heute geplant ist, soll Jupiter und dessen Eismonde erforschen. Mit an Bord sind auch Komponenten, die an der Empa hergestellt wurden, und zwar mit einem eigens entwickelten Lötverfahren.

Vibrationen, Vakuum, Strahlung und extreme Temperaturschwankungen: All dem müssen wissenschaftliche Messinstrumente für Raumsonden über Jahre hinweg standhalten können und dabei immer noch mit grösster Präzision und Zuverlässigkeit funktionieren. Kein Wunder, dass dabei jedes einzelne Bauteil höchsten Anforderungen genügen muss.

Hans Rudolf Elsener aus dem Empa-Labor für Fügetechnologie und Korrosion ist sich dieser Verantwortung bewusst. Seit rund 25 Jahren liefert er mit seinen Mitarbeitenden unterschiedliche Komponenten für Raumsonden in Zusammenarbeit mit der Universität Bern. Einige Missionen der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) hatten bereits seine Komponenten an Bord, etwa die Kometensonde «Rosetta», die Merkursonde «BepiColombo» und das Weltraumteleskop «CHEOPS». Das nächste Ziel: Jupiter.

Am 13. April startet die ESA-Mission «Jupiter Icy Moons Explorer» («JUICE»). Sie soll den grössten Planeten unseres Sonnensystems, Jupiter, und seine Eismonde Ganymed, Kallisto und Europa auf- und untersuchen. Unter den elf wissenschaftlichen Instrumenten an Bord der Raumsonde befindet sich auch ein Massenspektrometer, das an der Universität Bern entwickelt wurde. Das «Neutral Ion Mass Spectrometer» (NIM) misst die chemische Zusammensetzung der äussersten Schicht der Atmosphäre von Jupiter und seinen Monden. Im Herzen des nur 36 Zentimeter langen Instruments steckt ein Stück Empa.

Für die Forschenden der Universität Bern stellte Elseners Team an der Empa einige Komponenten für das hochpräzise Messinstrument her, darunter das sogenannte Reflektron. «Das kann man sich wie einen elektrischen Spiegel vorstellen», erklärt der Empa-Forscher. «Die eintreffenden Ionen werden durch das Anlegen eines elektrischen Feldes abgebremst und in die Gegenrichtung beschleunigt. Dadurch sind deutlich präzisere Messungen möglich.»

Auf den ersten Blick beeindruckt das Reflektron nicht sonderlich. Es besteht aus gestapelten Keramikzylindern, zwischen denen schmale Ringe aus Titan eingelassen sind. Doch der Teufel sitzt im Detail: Die Innenseiten der Keramikzylinder sind spiralförmig mit einer hochohmigen glashaltigen Metalloxidpaste beschichtet. Diese robuste Beschichtung ermöglicht das Anlegen eines starken elektrischen Feldes, das nur wenig des knappen Stroms an Bord der Raumsonde benötigt.

Präzision und Geduld
Die einzelnen Komponenten des Reflektrons wurden an der Empa zusammengelötet. Wer sich dabei einen gewöhnlichen Lötkolben vorstellt, irrt sich allerdings. Das Löten geschieht in einem Spezialofen unter Hochvakuum. Denn wäre Sauerstoff im Ofen, würde das Titan bei den hohen Temperaturen zu einem weissen Pulver oxidieren. Vor dem Löten beschichtet das Team die Komponenten, um das Lötverfahren zu optimieren.

Der gesamte Prozess wird sorgfältig dokumentiert, denn jedes Bauteil muss über sämtliche Produktionsschritte zurückverfolgbar sein – vom ersten Beschichtungsschritt bis hin zum Start der Ariane-5-Rakete von Französisch-Guyana, der für den 13. April geplant ist.

Weltraumforschung braucht auch Geduld: Die Bauteile für «JUICE» hat Elseners Team bereits 2019 fertiggestellt. Und bis dereinst die ersten Ionen aus der Jupiter-Atmosphäre durch das Reflektron sausen, dauert es noch länger: Die Umlaufbahn von Jupiter erreicht «JUICE» voraussichtlich erst im Sommer 2031 …

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