Quelle: Universität Stuttgart 12. September 2024.

12. September 2024 – Ziel ist es, die von SOFIA, dem Stratosphären Observatorium für Infrarot Astronomie gesammelten Daten der internationalen astronomischen Gemeinschaft in optimalem Zustand zur weiteren wissenschaftlichen Nutzung zur Verfügung zu stellen. Im Rahmen der diesjährigen Jahrestagung der Astronomischen Gesellschaft in Köln vom 9. bis 13. September 2024 hat Bernhard Schulz, Projektwissenschaftler des SDC und ehemaliger SOFIA Science Mission Deputy Direktor, das SDC der Wissenschaftsgemeinschaft vorgestellt.

Nachdem SOFIA, ein Gemeinschaftsprojekt der deutschen und amerikanischen Raumfahrtagenturen, DLR und NASA, im September 2022 den Beobachtungsbetrieb eingestellt hat, wird es wegen der langen Entwicklungsphasen solcher Projekte mindestens zehn bis zwanzig Jahre lang kein Observatorium mehr geben, das Ferninfrarotdaten detektieren kann. „Daher ist jedes Photon, das SOFIA detektiert hat und dessen Messung im SDC-Archiv gespeichert sein wird, derzeit ausgesprochen wertvoll.“, meint Schulz „Wir wollen mit unserer Arbeit deutsche und internationale Astronomen und Astronominnen dabei unterstützen, SOFIAs wissenschaftliches Erbe vollständig auszuschöpfen und noch zahlreiche Artikel zu veröffentlichen, die auf diesem Archiv basieren.“

Kontinuierliche Optimierung
Bevor Forschende astronomische Beobachtungen wissenschaftlich auswerten können, müssen diese Daten zunächst eine Grundverarbeitung durchlaufen, bei der zum Beispiel störende Faktoren der Detektoren bereinigt oder verschiedenen Datenpunkten die richtigen Wellenlängen zugeordnet werden. Die dafür nötige Software wird kontinuierlich optimiert und am Ende der Betriebsphase großer Observatorien ist es üblich, alle Daten nochmal mit der neuesten Version dieser Software zu bearbeiten. Bei einer fliegenden Sternwarte wie SOFIA spielen zusätzliche Faktoren wie etwa eine verbesserte Koordinatenrekonstruktion – abgeleitet von den Leitkameras des Observatoriums – oder neue Korrekturen für den vorhandenen infrarotabsorbierenden atmosphärischen Wasserdampf eine Rolle. Zusammen mit den wissenschaftlichen Daten werden diese technischen und operationellen Informationen ebenfalls im SDC-Archiv abgelegt sein. Zahlreiche ehemalige Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen des Deutschen SOFIA Instituts (DSI), das im Auftrag des DLR die SOFIA Aktivitäten während der Betriebsphase koordiniert hat, werden hierfür ihre Expertise in das SDC einbringen.

Kompatibel mit dem Virtuellen Observatorium
Mit Hilfe von Workshops und Webinaren oder in direkter Einzelberatung wird das SDC, Forschende im Umgang mit den SOFIA-Beobachtungen unterstützen. Die Daten des SDC-Archivs, dessen Struktur sich am Virtual Observatory (VO) Standard orientiert, stehen Forschenden aus aller Welt kostenlos zur Verfügung. So können SOFIA-Daten mit denen anderer Observatorien kombiniert oder verglichen werden, die dasselbe Objekt zum Beispiel bei anderen Wellenlängen oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten beobachtet haben. Offiziell ist das SDC bereits im Juli 2024 gestartet. Zum Ende seiner Laufzeit Ende Juni 2029 wird sein Archiv dauerhaft an das Deutsche Astronomische Zentrum in Görlitz transferiert.

Auf amerikanischer Seite hatte die NASA in der rund einjährigen Nachbetriebsphase von SOFIA nur eine begrenzte Datenmenge neu bearbeitet und anschließend alle Daten dem Infrarot-Wissenschaftsarchiv am Infrared Processing and Analysis Center (IPAC), einem NASA-Wissenschaftszentrum am California Institute of Technology (Caltech) zur Verfügung gestellt. Das SDC plant eine Zusammenarbeit mit IPAC, sodass beide Archive miteinander im Einklang bleiben.

Das SDC wird mit Mitteln der DLR Raumfahrtagentur unter dem Förderkennzeichen FKZ 50OK2404 finanziert.

Über SOFIA
SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Förderkennzeichen 50OK0901, 50OK1301, 50OK1701 und 50OK2002) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die SOFIA-Aktivitäten werden auf deutscher Seite von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR koordiniert und vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart durchgeführt, auf amerikanischer Seite von der NASA und der Universities Space Research Association (USRA).

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

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Quelle: Universität Stuttgart 23. August 2023.

23. August 2024 – Abgesehen von Helium und Wasserstoff entstehen die meisten schwereren chemischen Elemente in unserem Kosmos bis hin zu Eisen durch die Verschmelzung von Atomkernen im Inneren von Sternen. Dabei sind die massereichsten, heißesten und hellsten unter ihnen die treibenden Akteure. Sie beeinflussen ihre unmittelbare Umgebung durch den großen Anteil ionisierender UV-Strahlung, die sie abgeben sowie die starken stellaren Winde, die von ihnen ausgehen. Schneller als alle leichteren Sterne verbrennen sie Wasserstoff und Helium zu schwereren Elementen, explodieren nach einer – für astronomische Verhältnisse – relativ kurzen Zeit von nur wenigen Millionen Jahren und reichern das umliegende Gas mit schweren Elementen an. Aus diesem Material können dann neue Sonnensysteme wie das unsrige mit seiner Vielfalt an chemischen Stoffen entstehen.

Um zu entschlüsseln, welcher Anteil einer so zusammengesetzten dichten interstellaren Wolke wieder zu Sternen wird und auf welchen Zeitskalen, hat ein Team um Cornelia Pabst von der Universität Leiden und dem Consejo Superior de Investigaciones Científicas in Madrid Daten eines Forschungsprogramms namens FEEDBACK mit neuen Radiodaten des 40m-Yebes-Observatoriums und des IRAM-30m-Teleskops kombiniert. FEEDBACK ist ein Langzeitprojekt von SOFIA, dem Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie, das die deutsche und amerikanischen Raumfahrtagenturen, DLR und NASA, gemeinsam betrieben haben. Für ihre Studie hat Pabst mit ihren Kollegen und Kolleginnen zehn Regionen im Orionnebel detailliert untersucht, die unterschiedliche Entwicklungsphasen der Sternentstehung repräsentieren.

Die Ergebnisse zeigen, unter welchen – für irdische Maßstäbe – extremen Bedingungen Sterne und somit auch die Bausteine für Leben entstehen. Sie sind kürzlich in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen. Das Deutsche SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert die SOFIA-Aktivitäten auf deutscher Seite.

Ringen um die Dominanz
Die Entstehung neuer Sterne sowie die Auswirkung dieses Prozesses auf ihre Umgebung und das dortige Material, aus dem sie entstanden sind – das sogenannte interstellare Medium (ISM) – ist entscheidend für die Entwicklung von Galaxien: Wann verhindern gerade entstandene Sterne die Entstehung weiterer Generationen? Unter welchen Umständen regt diese Rückkopplung die Entstehung neuer Sterne an? Welche Prozesse übernehmen die dominierende Rolle? Und wie wirkt sich das auf die großräumigen Eigenschaften des ISM und die weitere Entwicklung der Galaxien aus? Massereiche, heiße, helle Sterne, die extrem energiereiche ultraviolette Strahlung aussenden, sind relativ selten. Auch im Orionnebel sind daher nur wenige von ihnen für die Erhitzung und Ionisierung des ISM verantwortlich. Der hellste von ihnen ist 33-mal so schwer und 20.000-mal so hell ist wie unsere Sonne. Um diese Sterne hat sich eine Blase ionisierten Gases gebildet, die 10.000 Grad Kelvin heiß ist und in der sich zwischen 100 und 100.000 Gaspartikel in einem Kubikzentimeter befinden.

Von uns aus gesehen liegt hinter dieser hellen Sternengruppe eine vergleichsweise dichte und sehr kalte Molekülwolke mit bis zu zehn Millionen Partikeln pro Kubikzentimeter und nur 30 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt (30 Kelvin), wie frühere Radiobeobachtungen von IRAM und Yebes ergaben. Diese wehrt sich immer noch erfolgreich gegen eine Zerstörung durch die intensive Bestrahlung, die von ihrer heißen Nachbarschaft ausgeht. Währenddessen hat sich eine gigantische Plasmablase mit einem Radius von bis zu 2 Parsec (1 pc = 3,26 Lichtjahre) ausgebreitet, wobei sie das verdrängte Gas in eine dünne sie umgebende Hülle zusammengeschoben hat. Die intensive Strahlung sowie die Winde der Sternengiganten beschleunigen dieses Plasma und erhitzen es auf eine Temperatur von einer Million Kelvin. Es hat eine extrem geringe Dichte mit nur einem Partikel pro Kubikzentimeter und dehnt die Materiehülle trotzdem mit einer Geschwindigkeit von 13 km/s weiter aus, wie die hochaufgelösten Spektren von SOFIA zeigen.

Extreme Bedingungen
Ein solch extremes Vakuum kann bisher in einem irdischen Labor nicht einmal annähernd erzeugt werden. Die besten erreichbaren Werte liegen bei 10.000 bis 100.000 Partikeln pro Kubikzentimeter. Das ist im Vergleich mit unserer Erdatmosphäre immer noch sehr gut. Diese enthält bei Normaldruck und 0 Grad Celsius sehr viel mehr, nämlich etwa 27 Milliarden Milliarden Teilchen pro Kubikzentimeter. Die Größe der expandierenden Hülle im Orion ist ebenfalls erstaunlich. Mit einem Durchmesser von 4 Parsec braucht das Licht etwa 13 Jahre, um sie zu durchqueren. Sie dehnt sich immer weiter aus und Beobachtungen ähnlicher Blasen lassen vermuten, dass sie früher oder später an einigen Stellen aufbrechen und ihr Material in ihrer Umgebung verteilen wird. Damit steht es für die Entstehung weiterer Sterne erst einmal nicht mehr zur Verfügung. Anhand der Größe und Ausdehnungsgeschwindigkeit dieser Blase können Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen abschätzen, wie effizient massereiche Sterne Energie in das umgebende ISM pumpen und wie viel Masse dabei für die zukünftige Sternentstehung verloren geht. Allerdings kann solch eine sich ausdehnende Schale auch die Entstehung weiterer Sterne auslösen, falls sie auf ihrem Weg zum Beispiel auf eine andere Molekülwolke trifft und deren Materie durch diesen Zusammenstoß soweit verdichtet, dass diese unter ihrer eigenen Gravitation zusammenfällt.

SOFIA-Erbe bleibt erhalten
„In der Astrophysik erleben wir gerade aufregende Zeiten“, so Cornelia Pabst. Es gibt neueste Erkenntnisse über das sehr frühe Universum und seine Entwicklung mit dem Planck-Satelliten. Das Radioobservatorium ALMA und das Weltraumteleskop JWST liefern immer mehr Einblicke in die früheste Entwicklung von Galaxien, die Jagd nach Exoplaneten hat volle Fahrt aufgenommen. Hochenergetische Phänomene, Gravitationswellen, ultraschnelle Radioausbrüche und extreme Röntgenleuchtkraft geben nach und nach ihre Geheimnisse preis. „Trotzdem bleibt das Studium der «nahen» Sternenentstehung in unserer Galaxie ein wichtiges und fundamentales Thema, wodurch wir die Entwicklung anderer Galaxien in der Geschichte des Universums und deren Anreicherung mit schweren Elementen erst verstehen“, so Pabst.

Die hohe spektrale Auflösung und Empfindlichkeit von upGREAT, dem aufgerüsteten German REceiver for Astronomy at Terahertz Frequencies, an Bord von SOFIA ermöglichte es dem Team um Pabst, die Bewegungen und physikalischen Bedingungen des interstellaren Gases anhand der Feinstrukturlinie [CII] 158 µm des ionisierten Kohlenstoffs zu bestimmen.Trotz des Endes der SOFIA-Mission verfolgt das Team um Cornelia Pabst das Langzeitprojekt FEEDBACK mit neuen Radiobeobachtungen der Sternentstehungsgebiete im Orion weiter. Die Kombination dieser Radiobeobachtungen mit den SOFIA-Archivdaten ermöglicht insbesondere die Bestimmung der obengenannten Materiedichten und Temperaturen. Damit sind die komplexen Prozesse in den verschiedenen Gebieten des Orionnebels, die die Geschwindigkeit und Effizienz der Sternentstehung bestimmen, besser zu verstehen.

Auch nachdem SOFIA im September 2022 den Beobachtungsbetrieb eingestellt hat, werden die Daten des FEEDBACK Legacy-Programms weiter Antworten auf diese Fragen liefern. „In den nächsten 5 Jahren werden wir am Institut für Raumfahrsysteme (IRS) der Universität das SOFIA Daten Center (SDC) aufbauen, die Datenprozessierung verbessern und Forschende bei der weiteren Nutzung des SOFIA-Datenarchivs unterstützen“, verkündet Bernhard Schulz, ehemaliger SOFIA Science Mission Deputy Direktor und neuer wissenschaftlicher Leiter des SDC. „So können wir das wissenschaftliche Erbe von SOFIA für die weitere Forschung erhalten.“

Über SOFIA
SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Förderkennzeichen 50OK0901, 50OK1301, 50OK1701 und 50OK2002) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die SOFIA-Aktivitäten werden auf deutscher Seite von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR koordiniert und vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart durchgeführt, auf amerikanischer Seite von der NASA und der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente wurde finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR.

Über upGREAT
upGREAT ist eine Weiterentwicklung des Ferninfrarot-Spektrometers GREAT („German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies“), mit dem seit 2011 zahlreiche erfolgreiche Wissenschaftsflüge mit SOFIA durchgeführt wurden. Das Instrument wurde von einem Konsortium deutscher Forschungsinstitute – dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie und dem „Kölner Observatorium für SubMillimeter Astronomie“ (KOSMA) der Universität zu Köln in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Optische Sensorsysteme in Berlin entwickelt und gebaut.

Originalveröffentlichung:
Multiline observations of hydrogen, helium, and carbon radio-recombination lines toward Orion A: A detailed dynamical study and direct determination of physical conditions, C.H.M. Pabst, J.R. Goicoechea, S. Cuadrado, P. Salas, A.G.G.M. Tielens, N. Marcelino, A&A, im Druck
doi.org/10.1051/0004-6361/202347574
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/08/aa47574-23/aa47574-23.html
Als Preprint auf arXiv/astro-ph: https://arxiv.org/pdf/2404.17963

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• Sternentwicklung

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Quelle: Universität Stuttgart 30. Juli 2023.

30. Juli 2024 – Junge Sterne, sogenannte Protosterne, wachsen, indem Materieklumpen aus ihrer Umgebung auf sie herabfallen. Dieser Prozess läuft allerdings nicht gleichmäßig, sondern in Schüben ab. Während eines solchen Wachstumsschubs leuchten die Protosterne hell auf – sie erleben einen Strahlungsausbruch. Massearme Sterne, die ein ähnliches Gewicht wie unsere Sonne haben, konnten Forschende bereits mehrere hundert Male während ihrer Wachstumsphasen beobachten. Massereiche Sterne (schwerer als 8 Sonnenmassen) sind viel seltener und existieren nur für einen vergleichsweise kurzen Zeitraum. Deshalb konnten Astronomen und Astronominnen erst 2016 den erste Strahlungsausbruch eines massereichen Sterns beobachten. Insgesamt sind bis heute nur eine Hand voll Ausbrüche solcher Schwergewichte bekannt. Ein Team um Verena Wolf von der Thüringer Landessternwarte (TLS) konnte nun den sechsten, bislang stärksten Wachstumsschub eines solchen massereichen jungen Sterns nachweisen. Ferninfrarotdaten von SOFIA, dem Stratosphären Observatorium für Infrarot Astronomie, haben dabei eine genauere Abschätzung der gesamten Energie ermöglicht, die der damit verbundene Strahlungsausbruch freigesetzt hat. Die Ergebnisse zu dieser Untersuchung sind am 30. Juli in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen.
SOFIA wurde von den deutschen und amerikanischen Weltraumbehörden (DLR und NASA) betrieben und das Deutsche SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert auf deutscher Seite die Aktivitäten von SOFIA.

Infrarot-Aufnahmen bestätigen den Wachstumsschub
Im Jahr 2019 deuteten Radiodaten auf eine ansteigende Mikrowellenstrahlung in der Sternentstehungsregion G323.46-0.08 (kurz G323) an, die sich am Südhimmel im Sternbild Circinus (Zirkel) befindet. Zusammen mit ihrem Kollegen Bringfried Stecklum, ebenfalls von der TLS, machte sich Verena Wolf auf die Suche nach der Ursache für diese erhöhte Mikrowellenstrahlung. War ein Wachstumsschub tatsächlich der Grund? Sternentstehung läuft sehr versteckt im Inneren kalter staubiger Molekülwolken ab, welche sichtbares Licht absorbieren und erst bei längeren Wellenlängen transparent werden. Im Archiv des VISTA-Teleskops (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) der Europäischen Südsternwarte (ESO) wurden die Forschenden fündig. Zahlreiche Nahinfrarotaufnahmen der Sternentstehungsregion G323 zu verschiedenen Zeitpunkten ermöglichten es, eine Lichtkurve zu erstellen. „Mit den VISTA-Bildern konnten wir den Akkretionsausbruch zweifelsfrei bestätigen“, sagt Bringfried Stecklum. „Er dauerte rund acht Jahre – von 2012 bis 2020.“

SOFIA–Daten bestätigen Modell
Zusätzlich analysierten die Forschenden mit Hilfe von zeitabhängigen Modellen erstmals, wie sich die Wärmestrahlung des Staubs in der Umgebung des jungen Sterns während seines Wachstumsschubs ändert. Die Simulation sagte vorher, dass das Nachglühen des Ausbruchs im fernen infraroten Wellenlängenbereich noch im Jahr 2022 messbar sein sollten, obwohl der Ausbruch bereits 2020 endete. Ferninfrarotbeobachtungen von G323 mit dem HAWC+-Instrument an Bord von SOFIA bei Wellenlängen von 53, 62, 89, 154 und 214 μm zeigten tatsächlich eine leichte Erhöhung der Helligkeit und bestätigten diese Vorhersage.

Siebenfache Jupitermasse
Mit Hilfe der Computersimulation gelang es dem Team um Wolf den Verlauf des Strahlungsausbruchs zu modellieren und zum ersten Mal das Wechselspiel zwischen der Staubverteilung um den jungen Stern und der Stärke des Ausbruchs genau zu untersuchen:

Wie stark verändert sich die Leuchtkraft während des Ausbruchs? Wie lange genau dauert der Ausbruch? Wie viel Energie wird freigesetzt? Wie viel Masse ist auf den Protostern gefallen? Die Kombination aus den VISTA- und SOFIA-Daten mit den Modellen brachte den Durchbruch: „So konnten wir zuverlässig die Energie ermitteln, die G323 während des Wachstumsschubs freigesetzt hat und daraus die eingefallene Masse abschätzen“, erläutert Wolf. „Vermutlich ist ein riesiger Klumpen mit etwa der siebenfachen Jupitermasse auf den Stern gefallen. In den acht Jahren des Strahlungsausbruchs hat der Stern so viel Energie freigesetzt, wie die Sonne in 740.000 Jahren abstrahlt.“

Originalveröffentlichung:
The accretion burst of the massive young stellar object G323.46−0.08, A&A 30. Juli, 2024
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/08/aa49891-24/aa49891-24.html
pdf: https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2024/08/aa49891-24.pdf

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• Sternentwicklung

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Quelle: DeSK 20. April 2024.

Backnang, 20. April 2024: Der Bedarf an Breitbandkommunikation ist seit Jahren ungebrochen und wächst ständig. So nehmen die aggregierten Datenraten in drahtlosen sowie drahtgebundenen Netzen exponentiell zu, vergleichbar mit dem Mooreschen Gesetz in der Mikroelektronik. Der Bedarf an Konnektivität war noch nie so offensichtlich: Dieser reicht von der globalen Nutzung durch Homeoffice über die Unterstützung der Telemedizin für medizinisches Personal bis hin zur Unterstützung von Ersthelfern bei der Ad-hoc-Koordination von Notfällen. Durch die in der 6. Generation der Mobilkommunikation (6G) angestrebte Erweiterung terrestrischer Netze um die dreidimensionale, vertikale Komponente der Satellitenkommunikation, kann erstmals Breitband-Internet an jedem Ort und zu jeder Zeit rund um den Globus erschlossen werden. Der Aufbau weltumspannender Satellitenkonstellationen im kosteneffizienten New Space-Kontext ermöglicht diese Entwicklungen.

Im Rahmen des von der Raumfahrtagentur im DLR und BMWK geförderten Vorhabens EIVE (Förderkennzeichen 50RK1960) wird an der Erschließung neuer Frequenzbereiche für die breitbandige Satellitenkommunikation und damit einhergehend an der Sicherstellung des stetig wachsenden Bedarfs an Datenraten geforscht. Die Nanosatellitenmission EIVE steht für ‚Exploratory In-Orbit Verification of an E/W-band Downlink‘. Die Universität Stuttgart koordiniert dieses innovative Vorhaben. Die Besonderheit hierbei ist, eine weltweit neuartige Gigabit-Kommunikationsstrecke mit höchsten Datenraten zwischen Weltall und Erde nachzuweisen bzw. aufzubauen.

Forschern des Instituts für Robuste Leistungshalbleitersysteme der Universität Stuttgart ist es nun gelungen, das Bodensegment mit einer eigens konzipierten und entwickelten Bodenstation für den Empfang von breitbandigen Kommunikationssignalen im W-Band in Betrieb zu nehmen. Die voll funktionsfähige Bodenstation führt mehrere Innovationen im Bereich der Satellitenkommunikation ein: Sie kombiniert eine 1,2 Meter Parabolantenne mit extrem hoher Richtwirkung und präziser Antennennachführung mit dem weltweit rauschärmsten Funkempfänger und einer neuartigen Digitalisierung mit Massenspeicher, die die Speicherung breitbandiger, digitaler Kommunikationssignale mit über 10 Gbit/s Datenrate im Radiofrequenzbereich von 71-76 GHz erlaubt. Das ermöglicht die Datenerfassung während eines kompletten Überfluges eines Satelliten im niederen Erdorbit (Low Earth Orbit). Zusätzlich verfügt der Empfänger über eine Synchronisierung digital modulierter Nutzdaten in Echtzeit, die etwa das Streaming von unkomprimierten Videos mit 4K-Auflösung ermöglicht. Für höchste Präzision der stark gerichteten Antennenkeule setzt die Antennennachführung erstmals in diesem Frequenzbereich Multi-Mode-Tracking und einen automatisierten Suchalgorithmus mit Einsatz von künstlicher Intelligenz um. Die Bodenstation enthält modernste und weltweit führende Technologien der Projektpartner Radiometer Physics GmbH (RPG) und Fraunhofer Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF). Die Antenne wurde von der Firma RPG entwickelt und hergestellt. Das gesamte Bodenterminal ist temperaturgesteuert, so dass die Komponenten und die Signalübertragung nicht durch wechselnde Witterungsbedingungen beeinträchtigt werden.

Das Fraunhofer IAF hat die leistungsfähigen integrierten Schaltkreise auf der Grundlage seiner innovativen III/V-Halbleitertechnologien hergestellt und hochmoderne Verstärker entwickelt, mit denen die breitbandige Datenverbindung ermöglicht wird.

Die wissenschaftlichen Aktivitäten rund um das EIVE-Projekt und die Entwicklung der innovativen W-Band Bodenstation für Breitband-Internet aus dem All verkörpern einen signifikanten Meilenstein in der Weiterentwicklung der globalen Kommunikationsnetzwerke. Durch die Kombination fortschrittlicher technologischer Lösungen mit interdisziplinärer Forschung und Kooperation leisten diese Tätigkeiten einen entscheidenden Beitrag zur Realisierung der Vision eines nahtlos vernetzten Planeten, auf dem Informationen frei und schnell über geografische und digitale Grenzen hinweg fließen können.

Interessierte können sich über diese und weitere moderne Entwicklungen der Satellitenkommunikation auch im Showroom des Deutschen Zentrums für Satelliten-Kommunikation e.V. (DeSK) am Standort Backnang näher informieren. Dort ist unter anderem ein 1:1-Modell des EIVE-Satelliten ausgestellt, welches interaktiv die einzelnen Funktionsweisen des Satelliten erläutert.

Weiterführende Hinweise finden Sie unter https://www.ilh.uni-stuttgart.de/forschung/mmw/EIVE/ und https://desk-sat.com/startseite.

Deutsches Zentrum für Satelliten-Kommunikation e.V. (DeSK)
Unternehmen, wissenschaftliche Einrichtungen und Hochschulen aus dem Bereich der Satellitenkommunikation haben sich im Jahr 2008 im Deutschen Zentrum für Satelliten-Kommunikation e.V. (DeSK) zusammengeschlossen.

Ziel des DeSK ist es, die Mitglieder zur Erweiterung der Geschäftsbeziehungen zusammenzuführen sowie zu einem schlagkräftigen Netzwerk zu bündeln und dabei Synergien zu erzeugen. Außerdem werden gemeinsame Aktivitäten zur Fachkräftegewinnung durchgeführt. Ferner obliegt dem DeSK der Betrieb eines Showrooms zum Thema ‚Satellitenkommunikation‘.

Als Teil der Kompetenzzentren Initiative der Region Stuttgart wird das DeSK von der Wirtschaftsförderung Region Stuttgart GmbH (WRS) gefördert.

Institut für Robuste Leistungshalbleitersysteme (ILH) der Universität Stuttgart
Seit seiner Gründung im Jahr 2013 arbeiten Wissenschaftler am ILH der Universität Stuttgart an Innovationen im Bereich mikroelektronischer Schaltungen und Systeme für Anwendungen der Leistungselektronik und der Hochfrequenzelektronik. Die Forschungsschwerpunkte am ILH liegen auf dem Einsatz moderner Halbleitertechnologien in leistungsfähigen Transceivern für die hochbitratige Funkkommunikation und in kompakten Spannungswandlern für die Elektromobilität und die Energiewende.

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• DeSK

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Quelle: Universität Stuttgart 7. März 2024.

7. März 2024 – Eine Expertenjury hat entschieden: Das Team der studentischen Kleinsatellitengruppe der Universität Stuttgart (KSat e.V.) ist eines von acht europäischen Teams, das im Rahmen des REXUS/BEXUS-Programms (Rocket and Balloon Experiments for University Students) zwei Experimente auf einer REXUS-Höhenforschungsrakete durchführen darf. Der Flug der Rakete wird zwischen dem 11. und 15. März 2024 stattfinden, eine anschließende Bergung ist vorgesehen.

Das Projekt „Ferrofluid Application Study“ FerrAS ist nach FARGO im vergangenen Jahr und PAPELL 2018 das dritte auf Ferrofluiden basierende Studierendenprojekt der Universität Stuttgart, das unter Weltraumbedingungen getestet wird. Anders als bei den Vorgängern auf der Internationalen Raumstation ISS gilt es dieses Mal, innerhalb weniger Minuten Schwerelosigkeit die Experimente durchzuführen und Erkenntnisse zu gewinnen, wie Flüssigkeit in der Schwerelosigkeit am besten transportiert werden kann.

Projekt FerrAS setzt auf Ferrofluide
„Nach über zwei Jahren Arbeit ist es einfach toll, das Experiment jetzt am Weltraumbahnhof Esrange in Schweden auf die Reise zu schicken!“, sagt Christopher Vogt, Systemingenieur von FerrAS. „Im Rahmen des REXUS/BEXUS-Programms können wir unsere Vision zur Entwicklung nachhaltiger Pumpsysteme in Mikrogravitation testen und validieren.“

Der Transport von Flüssigkeiten in Schwerelosigkeit beispielsweise für Kühlmittel, Treibstoffe oder Gase ist eine technische Herausforderung. Konventionelle Pumpsysteme können diese Aufgabe meistern, sind aber mechanisch komplex und anfällig für Fehlfunktionen. Das Projekt FerrAS könnte dafür mit seinen innovativen Ferrofluid-Pumpsystemen für Mikrogravitationsumgebungen eine Lösung liefern: Das interdisziplinäre Team von Studierenden aus sechs Studiengängen der Universität Stuttgart wird im Höhenflug zwei neuartige Pumpkonzepte testen, um die Effizienz und Langlebigkeit von Flüssigkeitsmanagementsystemen im Weltraum zu verbessern. Ferrofluide, eine magnetische Flüssigkeit, haben ideale Eigenschaften, um mechanischen Verschleiß zu minimieren.

Multifunktionale Komponente und Flüssigkeitskreisläufe ersetzen Material
Für die Verdrängerpumpe nutzt das Team Ferrofluid-beschichtete Magnete, die als multifunktionale Komponenten agieren: Sie dienen als Triebkolben, Dichtung, Schmiermittel und Ventil zugleich. Die Steuerung dieser Magnete erfolgt durch externe Elektromagnete, die durch wellenförmige Ansteuerung eine effektive Pumpbewegung erzeugen. Die neuartige Technik soll die Zuverlässigkeit von Weltraumpumpsystemen enorm steigern.

Die Linearpumpe, das zweite Konzept des FerrAS-Projekts, könnte die Feinjustierung der Lageregelung von Kleinsatelliten revolutionieren. Sie nutzt ein Reservoir von Ferrofluid, das durch Permanentmagnete fixiert ist. Quer verbaute Elektromagnete erzeugen eine magnetische Welle und damit eine Welle im Ferrofluid selbst, welches das nicht-magnetische Arbeitsmedium – hier Wasser-Ethanol – antreibt. So entsteht ein Flüssigkeitskreislauf, der ganz ohne mechanisch oszillierende Elemente zielgerichtet und vibrationsarm Drehmomente erzeugt.

Erfahrungen in der Ferrofluid-Forschung
Seit 2017 erforscht das Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart Ferrofluide. Das PAPELL-Experiment demonstrierte erstmals die Steuerung von Ferrofluidbewegungen in Mikrogravitation mittels Magnetfeldern. Diese Erkenntnisse führten zur Entwicklung von Technologien, die mechanische Komponenten durch langlebigere ferrofluidische Lösungen ersetzen. Das nachfolgende FARGO-Experiment testete erfolgreich ferrofluidische Systeme auf der ISS, darunter Kreisel- und Schaltersysteme.

Mitmachaktion: Dein Name im All
Die „Fly Your Name“-Aktion von FARGO wird für FerrAS fortgesetzt. Interessierte haben die Möglichkeit, ihren Namen auf einer SD-Karte zu verewigen, die auf der REXUS-Höhenforschungsrakete ins All fliegt. Zusätzlich erhalten alle, die ihren Namen eintragen, ein virtuelles Ticket als Erinnerung.

Gin wieder mit an Bord
Wie beim FARGO-Experiment spielt auch im FerrAS-Projekt Stuttgarter Gin eine besondere Rolle. Die Arbeitsflüssigkeit, eine Mischung aus Ethanol und Wasser, erweist sich für das verwendete Ferrofluid als ideale Kombination. Zusätzlich wird ein kleiner, versiegelter Container mit Gin als Referenzflüssigkeit an Bord sein. Diese einzigartige Beigabe unterstreicht nicht nur die kreative Verbindung von Wissenschaft und regionalen Besonderheiten, sondern dient auch wissenschaftlichen Vergleichszwecken im Rahmen des Experiments.

„Wir sind sehr gespannt auf die Ergebnisse der Pumpen und freuen uns als Team auf die gemeinsame Zeit und natürlich den Raketenstart in Schweden“, sagt Bahar Karahan, Chefin des Wissenschaftsteams von FerrAS.

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• Höhenforschungsraketen

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Quelle: Universität Stuttgart 21. Februar 2024.

21. Februar 2024 – Die Zusammensetzung von Asteroiden und insbesondere ihr Wassergehalt kann uns viel darüber verraten, wie unsere Erde an diesen für die Entstehung von Leben sehr wichtigen Stoff gelangte. Archivdaten von SOFIA, dem Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie, das bis September 2022 von der deutschen und der amerikanischen Raumfahrtagentur (DLR und NASA) betrieben wurde, liefern nun zum ersten Mal den Nachweis von Wassermolekülen auf der Oberfläche von Asteroiden. Hierzu hat ein Team um Anicia Arredondo vom Southwest Research Institute in Texas im Jahr 2022 vier Asteroiden mit dem FORCAST-Instrument an Bord von SOFIA beobachtet. Auf zwei von ihnen, den Asteroiden Iris und Massalia, konnten die Forschenden Spektralsignaturen im mittleren Infrarotbereich detektieren, die eindeutig auf molekulares Wasser hinweisen.

Das Deutsche SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert die SOFIA-Aktivitäten auf deutscher Seite.

Die Zusammensetzung von Asteroiden hängt davon ab, wo sie im Sonnensystem entstanden sind. Wasserfreie, trockene Silikat-Asteroiden bilden sich in der Nähe der Sonne, während eisiges Material weiter draußen zu finden ist. Die Lage und Zusammensetzung von Asteroiden gibt also Aufschluss darüber, wie sich verschiedene Elemente und Rohstoffe im jungen Sonnensystem verteilt haben. Dem Vorhandensein von Wasser kommt dabei eine besondere Rolle zu, da es die Grundlage für alles Leben auf der Erde – und möglicherweise auch auf anderen Planeten – ist.

Das Team um Anicia Arredondo hat sich bei seiner Untersuchung auf den Erfolg des Teams gestützt, das zuvor mit SOFIA molekulares Wasser auf der sonnenbeschienenen Seite des Mondes gefunden hat. „Wir dachten, wir könnten SOFIA nutzen, um diese Spektralsignatur auch auf anderen Körpern zu finden“, erläutert Anicia Arredondo, Erstautorin der Studie, die am 12. Februar 2024 im Planetary Science Journal veröffentlicht wurde.

Die Helligkeiten von zwei weiteren Asteroiden, Parthenope und Melpomene, waren zu schwach, um aufgrund der vorhandenen Daten eine endgültige Schlussfolgerung zu ziehen. Jetzt plant das Team die Beobachtungen weiterer Objekte mit dem James Webb Space Telescope (JWST), um die Verteilung von Wasser in unserem Sonnensystem noch besser zu verstehen. „Diese Studie ist ein schönes Beispiel für das große Potential, welches noch in den SOFIA Daten schlummert.“, meint Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Deputy Direktor der Universität Stuttgart. Um dieses voll zu nutzen, plant die Universität Stuttgart die Einrichtung eines SOFIA-Datenzentrums. „Das ist vor allem im Hinblick auf die ferninfraroten Daten wichtig, die aus einem Wellenlängenbereich kommen, für die es derzeit kein Observatorium gibt und zu dem auch das JWST keinen Zugang hat“, so Bernhard Schulz.

Über SOFIA:
SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Förderkennzeichen 50OK0901, 50OK1301, 50OK1701 und 50OK2002) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die SOFIA-Aktivitäten werden auf deutscher Seite von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR koordiniert und vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart durchgeführt, auf amerikanischer Seite von der NASA und der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente wurde finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR.

Originalveröffentlichung:

• Detection of Molecular H₂O on Nominally Anhydrous Asteroids, The Planetary Science Journal, Vol. 5, Nr. 2, 12. Februar, 2024, A. Arredondo et al.; DOI: 3847/PSJ/ad18b8

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

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Quelle: Industrie- und Handelskammertag e.V. Baden-Württemberg 1. Dezember 2023.

1. Dezember 2023 – Weltraumtechnik kann einen bedeutenden Beitrag zur Ökologie leisten. Baden-Württemberg als THE aerospace LÄND zeigt sich dabei als Vorreiter. Deutlich wurde das bei der Preisverleihung der Green Späce Awards, die jetzt vom Business Incubation Centre der europäischen Weltraumagentur ESA (ESA BIC Baden-Württemberg) vergeben wurden.

Fünf Studententeams und neun ganz unterschiedliche Startups hatten es bei der Green Späce Challenge 2023 in die Endauswahl geschafft. Bei der Preisverleihung der drei Green Späce Awards im Stuttgarter Fernsehturm standen die landestypischen Tugenden “Kehrwoche” und “Sparen” im Mittelpunkt. Dass Weltraumtechnik ein „Game-Changer“ für ganze Branchen sein kann, machte Johannes Schwörer, Vizepräsident der IHK Reutlingen, bei seiner Begrüßung deutlich. „Der Stuttgarter Fernsehturm war der erste Stahlbeton-Fernsehturm der Welt. Diese bauliche Innovation war Wegbereiter für eine weltweite Turmbauwelle. Fernsehtürme sind in ihrer Funktion aber längst durch Kommunikationssatelliten ersetzt worden.“

Die Preisträger
Beim Studentenwettbewerb der Green Späce Challenge konkurrierten fünf Teams. Als Sieger ging CUPID hervor: Bahar Karahan, Leon Habermalz und Paul Haufe vom Studiengang Luft- und Raumfahrttechnik der Universität Stuttgart entwarfen ein innovatives Konzept zur Beseitigung von inaktiven Satelliten aus dem Orbit. Die hohe Fachkompetenz der drei Studierenden überzeugte die Jury. Das sogenannte ‚de-orbiting kit‘ soll bei zukünftigen Missionen zum Standard werden. Für die weitere Umsetzung stehen bereits Partner bereit. Die viel genutzten Erdumlaufbahnen bekommen durch CUPID damit etwas verspätet die längst notwendige schwäbische Kehrwoche.

Um zwei weitere Preise – den Green Späce Investor Award und dem Green Späce Audiance Award – konkurrierten junge Startups. Zehn Investoren und Business Angels kürten das aus ihrer Sicht lukrativste Geschäftsmodell. Den Green Späce Investor Award erhielt das Karlsruher Startup FastCast Ceramics GmbH. Keramik bietet bei extremen Beanspruchungen sehr viele Vorteile gegenüber anderen Werkstoffen. Die Anzahl der Schritte und die Dauer der Herstellung von Keramikbauteilen konnte von dem Team, bestehend aus Moritz Weiß, Wolf Wedel und David Menne, zunächst in der Wissenschaft mit neuen Ansätzen deutlich reduziert und die Leistungsfähigkeit der Keramik entscheidend verbessert werden. Nun machen sich die drei Gründer daran, diese Erkenntnisse in die Herstellungsprozesse der Keramikindustrie zu überführen.

Der Green Späce Audiance Award ging an das Startup InSpacePropulsion Technologies GmbH aus Steinenbronn im Landkreis Böblingen. Ein im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR entwickelter Treibstoff hat deutliche Effizienzvorteile gegenüber den seit den 1960er Jahren eingesetzten herkömmlichen Antriebsstoffen von Raketen. Eine grüne Technologie ist es zudem, da auch der Ausstoß von giftigen und für die Umwelt schädlichen Abgasen vermieden wird. Lukas Werling und Felix Lauck beschreiten mit diesem Geschäftsmodell den Weg von der Wissenschaft in die wirtschaftliche Umsetzung.

Über den Preis
Die Green Späce Awards wurden zum zweiten Mal vergeben. Der erste Green-Späce-Award ging 2021 an Sebastian Klaus von der ATMOS Space Cargo GmbH aus Rheinmünster bei Baden-Baden. Bei der diesjährigen Preisverleihung stellte er das Projekt ‚EVA‘ vor. Gemeinsam mit der Yuri GmbH aus dem oberschwäbischen Meckenbeuren und der bayrisch-schwäbischen Rocket Factory Augsburg RFA realisiert er eine flexible Alternative zur internationalen Raumstation ISS für die Mikrogravitationsforschung und als kleine eigenständige Produktionsstätte im Weltraum. Der Low-Cost-Ansatz passt natürlich wunderbar zum schwäbischen Markenkern „Sparen“. Und: Vergleicht man die beiden Alternativen zur Ermöglichung von Produktion im Weltraum, so ist die Einsparung von Ressourcen bei der Lösung mit EVA im Vergleich zur ISS enorm.

Baden-Württemberg hat sich als „THE aerospace LÄND“ im Bereich Green Späce die Vorreiterrolle zum Ziel gesetzt. Die Möglichkeiten zur Nutzung von Weltraumtechnologien für Umwelt- und Klimaschutz sowie Ressourceneffizienz sind vielfältig. Viele Studententeams und Startups aus Baden-Württemberg sehen darin ihre Chance und gehen diese beherzt an.

ESA BIC in Baden-Württemberg
Das ESA BIC Baden-Württemberg, das Business Incubation Centre der europäischen Weltraumagentur ESA, wurde 2018 gegründet und wird seither von der IHK Reutlingen betrieben. Mit diesem Accelerator Programm werden Gründerinnen und Gründern in ganz Baden-Württemberg gefördert, die zur Verwirklichung ihres Geschäftsmodells Weltraumtechnik einsetzen. Zudem fördert das ESA BIC mit dem Ideenwettbewerb Green Späce Challenge auch Frühphasen-Projekte, die sich noch in der konzeptuellen Phase befinden.

Über 70 in ganz Baden-Württemberg ansässige Startups haben das Programm seither durchlaufen. Den größten Schwerpunkt der inkubierten Startups bildet mit Abstand die ökologische Nachhaltigkeit – der Bereich, der mit Green Späce umschrieben wird – gefolgt vom Bereich Gesundheitswirtschaft. Europaweit gibt es 29 ESA BICs.

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• Ehrungen

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Quelle: Universität Stuttgart 24. November 2023.

24. November 2023 – „Der neue Sonderforschungsbereich ATLAS leistet einen grundlegenden, wegweisenden und unverzichtbaren Beitrag für die Zukunft der Weltraumnutzung und Pionierarbeit für die nachhaltige Satellitennutzung“, erklärt Professor Wolfram Ressel, Rektor der Universität Stuttgart. „Sein interdisziplinäres Team vereint exzellente Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die gemeinsam daran arbeiten, den Stuttgarter Weg umzusetzen und intelligente Systeme für eine zukunftsfähige Gesellschaft zu entwickeln.“

VLEO für Satellitendienste nutzbar machen
Die Forschenden der Universität Stuttgart und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) wollen die Lebensdauer von Satelliten in diesem Bereich von heute rund sechs Monaten auf mehrere Jahre erhöhen, ohne dass große Mengen an Treibstoff von der Erde mitgeführt oder nachgeliefert werden müssen. Eingesetzt werden sollen die kleinen, wirtschaftlichen und nachhaltigen Satelliten der Zukunft in einer Höhe von circa 200 bis 450 Kilometern über der Erdoberfläche in einem bislang für sie nicht nutzbaren Bereich, dem VLEO. „Wir wollen die hierfür notwendigen wissenschaftlichen Grundlagen erarbeiten, um diese Potenziale zu erschließen, und so unverzichtbare Satellitendienste zukunftsfähig machen, die unter anderem für die Erdbeobachtung, die Kommunikation und insbesondere für die Klimaforschung eine herausragende Bedeutung haben“, sagt Professor Stefanos Fasoulas, Sprecher des SFBs ATLAS und geschäftsführender Direktor des Instituts für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart.

Bereich mit vielen Potenzialen
Im VLEO können Erdbeobachtungsmissionen mit höherer Auflösung erfolgen und Kommunikationsanwendungen mit geringeren Zeitverzögerungen arbeiten. Dort eingesetzte Satellitensysteme könnten kleiner und leichter konstruiert werden und, bedingt durch die Nähe zur Erde, mit geringeren Kosten in eine Umlaufbahn gebracht werden. Der VLEO ist zudem ein Bereich, der neue Forschungsmissionen ermöglicht, die auch den Schwerpunkt der im SFB ATLAS untersuchten Anwendungsszenarien darstellen. Außerdem bleiben Satelliten in diesem Bereich nach ihrer Lebenszeit nicht als Weltraumschrott zurück, da diese so stark abgebremst werden, dass sie schnell an Höhe verlieren und schlussendlich in die niedrigeren Schichten der Atmosphäre eintreten, wo sie zeitnah verglühen.

Satellitenbetrieb wirtschaftlich gestalten
Diese starke Abbremsung der Satelliten stellt für die Wissenschaftler*innen jedoch auch die größte Herausforderung dar, um einen dauerhaften und somit ökonomisch sinnvollen Satellitenbetrieb in diesem Bereich zu ermöglichen. Aufgrund von komplexen Wechselwirkungen zwischen der Solarstrahlung, dem Erdmagnetfeld und der obersten Atmosphärenschicht, in welcher die Satelliten um die Erde kreisen, verläuft der Abbremsungsprozess sehr dynamisch, ist bislang äußerst schwer vorhersagbar und kaum erforscht. Neuartige Triebwerke, die im Rahmen des SFBs erforscht werden, stellen ein mögliches Schlüsselelement dar, um dieser Abbremsung kontinuierlich entgegenzuwirken und die Satelliten dauerhaft auf ihren Bahnen zu halten.

Volatile Randbedingungen
„Wenn wir Satellitensysteme im VLEO einsetzen wollen, müssen wir diese volatilen Randbedingungen verstehen, beherrschen und dann im gesamten Missionsplan berücksichtigen“, erläutert Professor Fasoulas. Die Forschenden gehen dabei der Frage nach, wie die vorherrschende Restatmosphäre, also die verbleibenden Gaspartikel, genutzt werden können. In drei Projektbereichen wollen sie im Rahmen von ATLAS die Rahmenbedingungen für künftige wissenschaftliche Satellitenmissionen im VLEO analysieren, neue Lösungen für Komponenten und Satelliten-Subsysteme, beispielsweise neuartige Antriebssysteme oder eine effiziente Energieversorgung, entwickeln sowie die Wechselwirkungen zwischen der sehr dünnen Restatmosphäre und Oberflächen unter VLEO-Bedingungen untersuchen.

Internationalisierung und Langfristperspektive
Ziel des neuen Sonderforschungsbereichs ist es, der internationalen Raumfahrtgemeinschaft neue Methoden und Technologien zur Verfügung zu stellen, die zuverlässige Studien und die Entwicklung konkreter Missionsszenarien im VLEO ermöglichen. Dies könnte unter anderem neuen quantentechnologischen Anwendungen den Weg bahnen, die etwa unsere Echtzeit-Kommunikation sicherer oder Messinstrumente leistungsfähiger machen. „Wir wollen dafür sorgen, dass das Thema weltweit aufgegriffen wird und setzen in ATLAS eine Forschungsidee um, die langfristig tragen soll“, betont Fasoulas.

Zum SFB 1667 ATLAS
Der Sonderforschungsbereich 1667 „Advancing Technologies of Very Low Altitude Satellites“ (ATLAS) wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) zunächst für vier Jahre gefördert. Die interdisziplinären Forschungen sind insgesamt auf einen Zeitraum von zwölf Jahren ausgelegt. Am SFB beteiligen sich unter Federführung der Universität Stuttgart 25 Teilprojektleitende von 14 Instituten, die zu 6 Fakultäten der Universität Stuttgart sowie dem Institut für Technische Physik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR-TP) gehören.

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• Satelliten in sehr niedrigen Erdorbits

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Quelle: Universität Stuttgart 7. November 2023.

7. November 2023 – Unser Sonnensystem hat zwei bemerkenswert ähnliche Planeten: die Erde und die Venus. Sie sind wahrscheinlich gleich alt, vergleichbar groß und vermutlich aus den gleichen Materialien entstanden. Aber es gibt auch große Unterschiede zwischen beiden Himmelskörpern. Während die Erde einen blauen Himmel, Ozeane mit flüssigem Wasser voller Leben und eine sauerstoffreiche Atmosphäre hat, ist die Venus umgeben von einer dichten Wolkendecke aus Kohlendioxid, Stickstoff und verschiedenen Spurengasen. Ein Team um Heinz-Wilhelm Hübers, Direktor des DLR-Instituts für Optische Sensorsysteme in Berlin konnte nun erstmals direkt die Konzentration des atomaren Sauerstoffs sowohl auf der Tag- als auch auf der Nachtseite der Venusatmosphäre messen.

Die Ergebnisse wurden am 7. November 2023 in der Zeitschrift nature veröffentlicht und basieren auf Beobachtungen der fliegenden Sternwarte SOFIA, ein Gemeinschaftsprojekt der deutschen und der amerikanischen Raumfahrtagentur DLR und NASA. Das Deutsche SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert die SOFIA-Aktivitäten auf deutscher Seite.

In der Atmosphäre der Venus herrschen zwei starke Strömungen vor: Unterhalb von etwa 70 Kilometern gibt es Winde, die in Hurrikanstärke entgegen der Rotationsrichtung der Venus wehen, jedoch strömen oberhalb von 120 Kilometern starke Winde in Rotationsrichtung. Zwischen diesen beiden entgegengesetzten atmosphärischen Strömungen befindet sich eine Schicht von atomarem Sauerstoff. Dieser entsteht durch die UV-Strahlung der Sonne, die das Kohlendioxid und Kohlenmonoxid der Venusatmosphäre in atomaren Sauerstoff und weitere Produkte zerlegt.

Direktes Messverfahren weist atomaren Sauerstoff nach
Bislang konnten Wissenschaftler & Wissenschaftlerinnen atomaren Sauerstoff nur indirekt nachweisen – basierend auf Messungen anderer Moleküle in Kombination mit photochemischen Modellen. Forschende vom DLR-Institut für Optische Sensorsysteme, dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie und der Universität zu Köln ist es im November 2021 erstmals gelungen, die äußerst reaktiven Sauerstoffatome in der Atmosphäre der Venus direkt nachzuweisen. Die Messungen wurden mit dem Terahertz-Spektrometer upGREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies) an Bord von SOFIA durchgeführt. „Sie waren besonders herausfordernd, da die Venus nur an drei Tagen für jeweils circa 20 Minuten mit SOFIA beobachtet werden konnte und zudem nur wenig über dem Horizont stand. Dank der überragenden Messempfindlichkeit von upGREAT und der einzigartigen Fähigkeiten von SOFIA gelang es, eine Karte der Sauerstoffverteilung auf der Venus zu erstellen“, sagt Heinz-Wilhelm Hübers, Erstautor der nature-Veröffentlichung.

Ergebnisse der Messungen
Die Emission der Venus wurde in einem schmalen Frequenzbereich um 4,74 Terahertz (THz) gemessen, was einer Wellenlänge von 63,2 Mikrometern entspricht. Der atomare Sauerstoff in der Venus-Atmosphäre absorbiert diese Strahlung. Das ist vergleichbar mit den Fraunhoferlinien im Sonnenspektrum, die einen Hinweis auf die in der Sonnenatmosphäre befindlichen Atome geben. So entsteht im Terahertzspektrum der Venus eine Absorptionslinie, die charakteristisch für den atomaren Sauerstoff ist. Die Stärke und Form des Absorptionssignals ist ein Maß für die Menge des atomaren Sauerstoffs und für seine Temperatur. „Wir konnten damit zeigen, dass der Sauerstoff auf der Tagseite der Venus gebildet wird und seine Konzentration mit abnehmender Sonneneinstrahlung ebenfalls abnimmt. Auf der Nachtseite deutet eine lokale Konzentrationserhöhung auf eine Anreicherung des atomaren Sauerstoffs in Folge von Windströmungen hin“, erklärt Hübers.

Aus der Temperatur des atomaren Sauerstoffs von etwa -120 Grad Celsius auf der Tagseite bis -160 Grad Celsius auf der Nachtseite lässt sich ableiten, dass er vorwiegend in einer Höhenschicht um 100 Kilometer vorkommt. Seine Konzentration ist damit rund 10-mal geringer als in der Atmosphäre der Erde. „Die Messung dieser deutlichen Unterschiede zur Erde können zukünftig zu einem besseren Verständnis beitragen, warum sich die Erde und ihr Schwesterplanet Venus so unterschiedlich entwickelt haben“, erläutert Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Deputy Direktor der Universität Stuttgart.

Originalveröffentlichung:
Direct detection of atomic oxygen on the dayside and nightside of Venus¸ nature, 7. November 2023, Volume 14, page 1-7; DOI number: 10.1038/s41467-023-42389-x
https://www.nature.com/articles/s41467-023-42389-x
pdf: https://www.nature.com/articles/s41467-023-42389-x.pdf

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA
• Planet Venus

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Quelle: Universität Stuttgart 19. Juli 2023.

19. Juli 2023 – Schwarze Löcher und deren Umgebung haben es Aaron Bryant, Doktorand am Deutschen SOFIA Institut am Institut für Raumfahrtsysteme, angetan: „Im Zentrum unserer eigenen Galaxie – also quasi vor unserer Haustür – befindet sich ein supermassives schwarzes Loch“, erläutert der Nachwuchswissenschaftler. In der direkten Umgebung des galaktischen Zentrums gibt es massive Sternhaufen, helle Sternentstehungsregionen, dichte Konzentrationen von interstellarem Gas und Staub sowie starke Magnetfelder. Damit sind die wenigen zentralen hundert Lichtjahre unserer Milchstraße ein vielfältiges astrophysikalisches Labor, in dem wir unser Verständnis verschiedener Prozesse testen und auf weiter entfernte Galaxien anwenden können. Um die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen im galaktischen Zentrum zu identifizieren hat Aaron Bryant das aktuelle Verständnis zahlreicher Aspekte des galaktischen Zentrums unter Verwendung historischer und neuerer Literatur überprüft. Insbesondere interessierte ihn die Frage, auf welchen Bahnen denn der Strom der Materie in die Richtung zum Schwarzen Loch gelenkt wird.

Seine Arbeit wurde in der Fachwelt so interessiert aufgenommen, dass er um ein Review gebeten wurde, verriet Prof. Nico Sneeuw, Prodekan der Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie. Der Review Artikel wiederum hinterließ einen solchen Eindruck, dass die Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie Aaron Bryant für seine Arbeit den Publikationspreis 2021 der Fakultät verliehen hat.

Tag der Forschung 2023
Am 7. Juni 2023, wurden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aller zehn Fakultäten der Universität Stuttgart im Rahmen des Tages der Forschung für ihre herausragenden Publikationen in den Jahren 2021 & 2022 mit je 2500 Euro geehrt.
„Mit den herausragenden Publikationen wird die ganze Breite und Vielfalt der Forschung an der Universität Stuttgart abgebildet“, sagte Prof. Manfred Bischoff, Prorektor Forschung und wissenschaftlicher Nachwuchs, in seiner Begrüßung. Wie schon in den letzten Jahren wurden die Publikationen zunächst von den Dekanen der Fakultäten gewürdigt und anschließend von den Preisträgerinnen und Preisträgern auf sowohl informative als auch unterhaltsame Weise vorgestellt.

Originalveröffentlichung:
The episodic and multiscale Galactic Centre, Aaron Bryant & Alfred Krabbe, New Astronomy Reviews Volume 93, December 2021, 101630
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387647321000178?via%3Dihub,
pdf.

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• Schwarze Löcher

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Quelle: Universität Stuttgart 16. Juni 2023.

16. Juni 2023 – Seit Jahrzehnten erforschen Astronomen und Astronominnen die Kräfte, die das Innere von Galaxien bestimmen: Schwerkraft, kinetische Energie, stellare Strahlung, Gasdruck. Die Bedeutung von Magnetfeldern für die Entwicklung von Galaxien ist allerdings noch weitgehend unverstanden – und das, obwohl sie bis zur Hälfte des gesamten Energiehaushalts des Gases in einer Galaxie ausmachen können. Beobachtungen des warmen diffusen Gases zwischen den Sternen im Radiowellenbereich deuten darauf hin, dass vermutlich alle Galaxien von einem geordneten großskaligen Magnetfeld gewaltiger Dimension durchzogen sind. Aber wie sieht es auf kleineren Skalen wie etwa den kalten dichten Molekülwolken aus, in denen Sterne entstehen? Befinden sich dort ähnlich geordnete Magnetfelder? Regulieren diese womöglich die Geschwindigkeit der Sternentstehung? Beeinflussen sie die Bildung der molekularen Wolken oder die Kinematik der Scheibe einer Spiralgalaxie?

Um diesen Fragen nachzugehen, hat ein internationales Team um Alejandro Borloff vom NASA Ames Research Center im Rahmen des SOFIA-Legacy-Programms SALSA (Survey on extragALactic magnetiSm with SOFIA) die Magnetfelder von 14 Galaxien in der Nachbarschaft der Milchstraße untersucht. Dazu haben die Forschenden die Galaxien mit der hochauflösenden Airborne Wideband Camera HAWC+ an Bord von SOFIA im fernen infraroten Wellenlängenbereich bei zwischen 53 und 214 Mikrometern beobachtet. Nur bei diesen Wellenlängen können Forschende die Magnetfelder in den kalten, dichten Molekülwolken der Sternentstehungsgebiete vermessen. Allerdings sind Magnetfelder von Natur aus schwer bzw. nur indirekt zu detektieren, sodass die Forschenden einen Trick anwenden: In den Molekülwolken befinden sich längliche Staubkörner geringer Ausdehnung, die sich senkrecht zum Magnetfeld ausrichten, sodass die Strahlung, die von diesen Staubkörnern ausgeht, polarisiert ist. Mit dem HAWC+-Instrument konnte das Team um Alejandro Borloff dieses polarisierte, ferninfrarote Licht der magnetisch ausgerichteten Staubkörner beobachten und daraus anschließend die Orientierung der Magnetfelder in den Molekülwolken ableiten.

Ein Vergleich mit Radiodaten vom Effelsberg-Teleskop in Deutschland und Very Large Array in New Mexico bei Wellenlängen von wenigen Zentimetern, die beide für die polarisierte Strahlung aus dem weniger dichten Gas der Galaxien empfindlich sind, zeigt Erstaunliches: Spiralgalaxien neigen zwar dazu Magnetfelder zu haben, die auf großen Skalen den Spiralarmen aus Gas und Sternen folgen. Die mit SOFIA abgeleiteten Magnetfelder auf den kleineren Skalen der Molekülwolken sind jedoch chaotischer und weniger geordnet als die mit Radioteleskopen beobachteten. „Die Ergebnisse des Projektes SALSA sind sehr wichtig“, erläutert Rainer Beck vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und Ko-Autor der veröffentlichten Studie. “Zum ersten Mal gibt es Polarisationsdaten von Galaxien mit ähnlicher Winkelauflösung wie die unserer Radiokarten im Ferninfrarot, sodass sich die Magnetfeldstruktur im kalten interstellaren Medium mit der im warmem interstellaren Medium vergleichen lässt. Die Strukturen sind ähnlich, aber es gibt auch signifikante Unterschiede, z.B. in Regionen zwischen den Spiralarmen und in den Außengebieten der galaktischen Scheiben. Die Ähnlichkeit der im Ferninfrarot- und Radiobereich gemessenen Magnetfeldstrukturen ist ein starkes Argument für die Aktivität von galaktischen Dynamos, deren Theorie vor rund 50 Jahren in Deutschland, den USA und Russland entwickelt wurde.“

Das SALSA-Projekt umfasst neben sogenannten Starburst-Galaxien, die mit einer unglaublich hohen Rate Sterne bilden – oft als Folge einer Kollision zwischen Galaxien oder anderer gravitativer Störungen – auch Galaxien, die ein supermassereiches Schwarzes Loch beherbergen, das energiereiche Jets aus ionisiertem Gas senkrecht zur galaktischen Ebene rauschleudert. Die SALSA-Ergebnisse zeigen, dass SOFIA das Magnetfeld, das parallel zu diesen Ausströmungen in Starburst-Galaxien ausgerichtet ist, im Ferninfraroten besser detektieren kann als Radioteleskope. Radioteleskope hingegen sind tendenziell empfindlicher für die Magnetfelder im diffusen Gas in den Regionen zwischen den Spiralarmen der Wirtsgalaxien. Bei einigen Galaxien wie etwa NGC 2146 ist SOFIA mithilfe der HAWC+-Beobachtungen bei verschiedenen Wellenlängen sogar in der Lage, zwischen dem Magnetfeld des galaktischen Ausflusses und dem der galaktischen Ebene zu unterscheiden.

Das von den magnetisch ausgerichteten Staubkörnern im kalten, dichten interstellaren Medium ausgestrahlte Ferninfrarotlicht zeigt, dass Magnetfelder untrennbar mit der Sternentstehung verbunden sind: Dieselben Prozesse, die neue Sterne bilden, können gleichzeitig die Stärke und Struktur der umliegenden Magnetfelder beeinflussen. Die Ergebnisse des SALSA-Projekts zeigen, dass die Magnetfelder in turbulenten, dichten, sternbildenden Gaswolken ungeordneter sind als im diffusen interstellaren Gas – ein Effekt, der vermutlich direkt mit den Auswirkungen der von Sternbildung freigesetzten Energie zusammenhängt. Verschiedene Wellenbereiche (Ferninfrarot, Radio) offenbaren Regionen mit unterschiedlicher Magnetfeldstruktur. Hochauflösende Polarisationsbeobachtungen von Galaxien im fernen Infrarot, wie sie mit HAWC+ an Bord von SOFIA geliefert werden konnten, sind für das Verständnis der Rolle von Magnetfeldern in der Entwicklung des Universums von Bedeutung.

Über SALSA:
SALSA – Das Joint Legacy Program „SALSA – Survey of Extagalactic Magnetism with SOFIA“ zielt darauf ab, ein umfassendes empirisches Bild der magnetischen Feldstärke und Struktur im mehrphasigen ISM von Galaxien zu erstellen. Zum ersten Mal wird eine polarimetrische FIR-Durchmusterung von nahen Galaxien durchgeführt. Diese Ergebnisse werden mit radio-polarimetrischen und optischen spektroskopischen Beobachtungen kombiniert, um die Magnetfeldstärke/-struktur sowie die Gasdynamik als Funktion der Eigenschaften der Wirtsgalaxie und der galaktischen Umgebung auf der kpc-Skala zu bestimmen. Die polarimetrischen Beobachtungen dieses Legacy-Programms mit großem Feld und mehreren Wellenlängen werden einen entscheidenden Schritt darstellen, der den grundlegenden Rahmen für die Magnetfeldstruktur in den molekularen Gasscheiben naher Galaxien im kpc-Maßstab schaffen wird.

Über SOFIA:
SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Förderkennzeichen 50OK0901, 50OK1301, 50OK1701 und FKZ 50 OK 2002) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die SOFIA-Aktivitäten werden auf deutscher Seite von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR koordiniert und vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart durchgeführt, auf amerikanischer Seite von der NASA und der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente wurde finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR.

Originalveröffentlichung:
Extragalactic magnetism with SOFIA (SALSA Legacy Program) — V: First results on the magnetic field orientation of galaxies,
https://arxiv.org/abs/2303.13586,
pdf: https://arxiv.org/pdf/2303.13586.

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

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Quelle: Universität Stuttgart 6. Juni 2023.

6. Juni 2023 – Nach vier Jahren Entwicklung und Tests schickt ein Forschungsteam rund um die Universität Stuttgart noch in diesem Monat den Satelliten EIVE (Exploratory In-Orbit Verification of an E/W-Band Satellite Communication Link) ins Weltall. Ziel ist es, eine breitbandige Datenübertragung über größere Distanzen hinweg aufzubauen, beispielweise für eine globale, zeit- und ortsunabhängige Versorgung mit schnellem Internet. Die Forschenden statteten EIVE dafür mit Technologien aus, die es ermöglichen, in einen bislang wenig erforschten Frequenzbereich vorzudringen – das sogenannte E-Band.

EIVE ist weltweit eines der ersten Projekte, das im All eine derartige Kommunikationsstrecke mit einer Reihe von verschiedenen Modulationsarten und Datenraten im E-Band bei 71—76 Gigahertz (GHz) testet. Die gewonnenen Ergebnisse bilden die Grundlage für künftige Kommunikationssatelliten.

Technologisches Raumwunder sorgt für rasante Datenübertragung
Mit einer Größe von etwa 12 x 24 x 40 Zentimetern und 8,8 Kilogramm gehört EIVE zur Klasse der Nanosatelliten und passt bequem in einen Schuhkarton. „Wir haben EIVE mit standardisierten CubeSat-Bauelementen entworfen“, erklärt Prof. Sabine Klinkner vom Institut für Raumfahrtsysteme (IRS). „Durch die Verwendung von Standards lässt sich der Satellit mit praktisch jeder Rakete ins All transportieren.“

Obwohl er so klein ist, birgt der Satellit jede Menge komplexe Technik: Neben dem kompakten Satellitenbus, der den Betrieb im Weltraum ermöglicht, verfügt EIVE über einen Transmitter zur Datenübertragung im E-Band. „Das ermöglicht eine zehn- bis hundertmal höhere Frequenz als wir sie bislang in der Mobilkommunikation nutzen“, sagt Prof. Ingmar Kallfass vom Institut für Robuste Leistungshalbeitersysteme (ILH). „Das entspricht einer Datenübertragungsrate von bis zu 16 Gigabit pro Sekunde.“

Sensoren und Aktuatoren sorgen dafür, dass der Transmitter für die Datenübertragung exakt auf die Bodenstation ausgerichtet ist. Mit an Bord sind außerdem besonders leistungsfähige Sendetechnologien, die das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) entwickelt hat. So lassen sich neben Testdaten auch Livevideodaten mit einer 4K-Kamera vom All zur Erde übertragen.

Für den Empfang der E-Band Transmissionen auf der Erde müssen sich Satellit und die für dieses Projekt eigens errichtete Bodenstation an der Universität Stuttgart exakt aufeinander ausrichten. Am Boden empfangen, speichern und analysieren die Forschenden die bis zu zwölf Terrabyte großen anfallenden Datenmengen pro Überflug.

Vom Start bis zur Inbetriebnahme
EIVE wird von der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien mit SpaceX/Transporter-8 ins All starten. Etwa eine Stunde nach dem Start wird der Satellit im niedrigen Erdorbit auf etwa 520 Kilometern Höhe und in polarer Flugbahn ausgeworfen. Während der darauffolgenden Tage wird rund um die Uhr im Zweischichtbetrieb gearbeitet, um alle Systeme des Satelliten zu überprüfen und in Betrieb zu nehmen. Anschließend führen die Forscher*innen mit EIVE bis mindestens 2024 Experimente zur E-Band-Kommunikation durch.

Über das EIVE-Projekt
An der Entwicklung des Satelliten waren neben dem IRS und ILH der Universität Stuttgart, das Fraunhofer IAF sowie Partner aus der Industrie – RPG Radiometer Physics, Tesat-Spacecom und Thales Alenia Space Deutschland, AZUR SPACE sowie die Exolaunch GmbH – beteiligt. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz über das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördert.

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• CubeSats

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Quelle: IRS, 20. April 2023.

Nach rund vier Wochen auf der Internationalen Raumstation (ISS) ist das Ferrofluid-Experiment der Universität Stuttgart wieder zurück. „Wir sind sehr zufrieden“, sagt Daniel Philipp, Leiter des in-orbit Betriebs und Co-Leiter des FARGO Elektronikteams der Universität Stuttgart. Den Studierenden ist es gelungen, alle drei Experimente zu betreiben und jeweils mindestens grundlegende Funktionstests erfolgreich durchzuführen. „Damit haben wir bewiesen, dass unsere Ferrofluid-Technologien für den prinzipiellen Einsatz im Weltraum geeignet sind.“

Neue Technologien sind zuverlässiger und günstiger
Mit dem Experiment wollten die Studierenden neue Technologien für die Raumfahrt erproben, die langlebiger, zuverlässiger und damit auch kostengünstiger sind als bisher. FARGO steht für Ferrofluid Application Research Goes Orbital. Untersucht wurden ein thermischer Schalter, der die Übertragung von Wärme zwischen zwei Bauteilen regelt, ein elektrischer Schalter, welcher einen Stromkreis schließen und öffnen soll, sowie ein neuartiges System zur Lageregelung von Kleinsatelliten. Alle Experimente beruhen dabei auf einer Ferrofluid-Technologie und verzichten auf mechanische Teile. Somit wird die Gefahr eines Ausfalls aufgrund von Verschleiß deutlich reduziert.

Als die Astronauten das Experiment in den Experimentierschrank auf der ISS eingebaut hatten, gab es zunächst Schwierigkeiten. „Eigentlich sollte das Experiment vollautomatisch starten und die Experimentliste abarbeiten, das funktionierte aber nicht“, erzählt Steffen Großmann, der für die Elektronik und Software von FARGO zuständig ist. Also hat das FARGO-Team schnell damit begonnen, bestehende Probleme am Bodenreferenzmodell nachzustellen, alternative Lösungen zu entwickeln und zu testen. „Letztendlich konnten wir mit einer neuen Methode einen halbautomatischen Betrieb des Experiments mit regelmäßigen neuen Updates von der Erde aus realisieren. Wir haben fast täglich neue Pläne entwickelt und angepasst. Das war eine sehr anstrengende Phase für uns.“

Eine besondere Herausforderung stellte das Experiment mit dem elektrischen Schalter dar: „Wir haben erst zwei Tage vor Missionsende geschafft, es zu starten. Das enthaltene Flüssigmetall tendiert dazu, mit der Zeit zu degradieren und dann weniger auf Magnetfelder zu reagieren. Vermutlich hatte unsere Probe im Weltraum dieses Problem. Erst mit einer neuen Art der Ansteuerung mit Hilfe gepulster Magnetfelder hat es dann auf der ISS geklappt“, sagt Großmann.

Rakete mit FARGO an Bord dockt von der ISS ab
https://youtu.be/Yi91eeY77y8

Die Ergebnisse des Projekts
Doch die vielen extra Stunden Arbeit und Kopfzerbrechen haben sich gelohnt. „Dass wir es letztlich geschafft haben, alle drei Experimente erfolgreich zu betreiben, ist ein großer Erfolg für uns“, resümiert Philipp.

Konkret heißt das:

• Das Kreiselsystem konnte gestartet werden, lief bei der gewünschten Zieldrehzahl und konnte bei verschiedenen Drehzahlen betrieben werden.
• Der thermische Schalter konnte gezielt angesteuert werden und verhielt sich gemäß den Erwartungen des FARGO-Teams. Dies gelang in mehrfachen Testreihen und Dauertests.
• Der elektrische Schalter konnte elektrische Lasten schalten und mehrfache gezielte Schaltsequenzen reproduzierbar durchführen.

Wie geht es jetzt weiter? Im Laufe der Woche werden die Studierenden das originale Experiment wieder in ihren Händen halten können und dann die echten Weltraum-Leistungsdaten der Entwicklungen sowie Bilder und Videos vom Verhalten auf der ISS sichten. Die ausführlichen Ergebnisse wollen die Studierenden dann auf Fachkonferenzen vorstellen.

Siehe auch die Portalmeldung vom 8. März 2023:

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• **ISS** Forschung & Forschungseinrichtungen

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Quelle: DLR 14. April 2023.

14. April 2023 – Nach drei Jahren intensiver Vorbereitungen sollen am 17. und 22. April 2023 die zwei baugleichen Experimentalraketen N2ORTH vom Raumfahrtzentrum Esrange bei Kiruna in Schweden in den Himmel über dem Nordpolarkreis starten. Das HyEnD-Team von Studierenden der Universität Stuttgart hat die beiden beim Start rund 200 Kilogramm schweren Raketen im Rahmen des STERN-Programms (Studentische Experimental-Raketen) der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR selbst entwickelt, gebaut und getestet. Das Programm ermöglicht den Teilnehmenden bereits während des Studiums erste Erfahrungen mit einem „echten“ Raumfahrtprojekt zu sammeln. Angetrieben werden die beiden rund acht Meter langen Experimentalraketen bei ihrem Flug mit einer Kombination aus flüssigem Lachgas und einem Festbrennstoff und erreichen dabei mehrfache Schallgeschwindigkeit.

Mit Leichtbauweise zu maximaler Flughöhe
Damit die rund 200 Kilogramm schweren Raketen eine möglichst große Höhe erreichen, hat das HyEnD-Team die entscheidenden Komponenten in Leichtbauweise aus Kohlefaserverbundwerkstoffen hergestellt. „Eine besondere Herausforderung war die Konstruktion des rund drei Meter langen Lachgastanks“, erklärt Karsten Lappöhn, STERN-Programmleiter in der Deutschen Raumfahrtagentur. „Er besitzt eine Außenhülle aus Kohlefaser sowie eine Innenbeschichtung aus Teflon-ähnlichem Material. Hierdurch verringert sich das Leergewicht der Rakete im Vergleich zur sonst üblichen Aluminium-Innenbeschichtung um rund sieben Kilogramm.“

300 Grad Celsius an der Außenhaut der Rakete
Während des Fluges entsteht durch die Luftreibung an der Außenhaut der Rakete eine Temperatur von circa 300 Grad Celsius. Um die empfindlichere Raketenstruktur vor diesen Temperaturen zu schützen, ist die Raketenhülle mit einer zusätzlichen Schicht aus Kork und Kunstharz umgeben. Die Wirksamkeit dieses Schutzes wurde durch Tests im Heißluft-Windkanal des DLR in Lampoldshausen von den Studierenden nachgewiesen. Auch der von den Studierenden entwickelte Raketenmotor wurde am DLR-Testzentrum für Raumfahrtantriebe in Lampoldshausen geprüft und ist der bisher leistungsfähigste seiner Art innerhalb des STERN-Programms. Bis zur Fertigstellung durchlief allein das Triebwerk 60 Heißläufe.

Am Fallschirmsystem sicher zu Boden
Das Bergungssystem von N2ORTH ist sehr komplex, denn es besitzt neben dem Hauptfallschirm noch einen Überschallfallschirm, der die Rakete beim Eintritt in die dichteren Luftschichten zusätzlich abbremst. Der von den Studenten selbst genähte Fallschirm muss dabei die hohen Temperaturen und mehrfache Schallgeschwindigkeit überstehen, bevor sich in drei Kilometern Höhe der größere Hauptfallschirm öffnet. „Wir haben sowohl das Öffnungs- und Bremsverhalten des Schirms, als auch das Leinen- und Befestigungssystem auf Herz und Nieren getestet“, erläutert Florian Merz vom HyEnD-Team. „Für die Erprobung des Gesamtsystems haben wir dann einen mit Messelektronik bestückten rund 80 Kilogramm schweren Testkörper aus einem Flugzeug über dem Truppenübungsplatz Heuberg abgeworfen.“

Nach dem Start der ersten N2ORTH-Rakete werden die Flugdaten ausgewertet und mit den Ergebnissen aus vorherigen Computersimulationen verglichen. Dies dient auch zur Vorbereitung des zweiten Fluges. Zu diesem Zweck werden die wichtigsten Daten per Funk zur Bodenstation übertragen und die Datenträger an Bord der Rakete nach erfolgreicher Landung und Bergung ausgelesen. Mit den so gewonnenen Messdaten ist eine deutlich genauere Flugbahnvorhersage für den zweiten Start möglich.

Das STERN-Programm
Am STERN-Programm haben bisher fünfzehn Hochschulen mit weit über 600 Studierende teilgenommen. In vier Kampagnen wurden dabei neun Raketenstarts durchgeführt. Im Jahr 2016 konnten Studierende der Universität Stuttgart mit 32,3 Kilometern einen europäischen Höhenrekord für Experimentalraketen und den Weltrekord für eine Hybrid-Studentenrakete aufstellen.

Ziel des Programms ist es, den Teilnehmenden bereits während des Studiums erste Erfahrungen mit einem „echten“ Raumfahrtprojekt zu ermöglichen. Innerhalb von drei Jahren entwerfen, bauen und starten die Studierenden eine eigene Rakete und führen sämtliche Tests durch. Begleitet werden sie dabei von den Experten der Mobilen Raketenbasis des DLR (MORABA) und vom Institut für Raumfahrtantriebe am DLR-Standort in Lampoldshausen. Technische Mindestanforderungen sind, dass die Rakete eine Flughöhe von mindestens drei Kilometern sowie Schallgeschwindigkeit erreicht und über ein Bergungs- und ein Telemetriesystem verfügt. Neben dem Ingenieurswissen und dem technischen Verständnis ist vor allem auch der Erfahrungsaustausch zwischen den Teams wichtig. Das Programm wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) umgesetzt.

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• Studentische Experimental Raketen (STERN)

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Quelle: Universität Stuttgart 16. März 2023.

16. März 2023 – Es zeigt sich, dass die lokale Geografie des Mondes eine wichtige Rolle für die Menge und Verteilung des vorhandenen Wassers spielt: An den Schattenseiten von Kratern und Bergen befindet sich mehr Wasser als an sonnenbeschienenen Hängen oder Ebenen – ein Phänomen, das wir vom Skifahren kennen.

„Wenn wir uns die Wasserdaten ansehen, können wir tatsächlich Kraterränder und die einzelnen Berge sehen“, sagte Bill Reach, Direktor des SOFIA Science Center am Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley und Hauptautor der Studie, die er auf der Lunar and Planetary Science Conference 2023 vorgestellt hat. „Wir können dank der höheren Wasserkonzentration an schattigen Orten sogar Unterschiede zwischen den Sonnen- und Schattenseiten der Berge erkennen.“

Bereits 2020 konnten Forschende mit Hilfe von SOFIA-Daten den lang erhofften, eindeutigen Beweis erbringen, dass molekulares Wasser auch im Bereich der wärmeren, von der Sonne beschienenen Mondoberfläche vorkommt und nicht nur an den schattigen Polen. Frühere Weltraummissionen zur Beobachtung der Mondoberfläche untersuchten andere Wellenlängen des Lichts und konnten Wasser nicht von ähnlichen Molekülen wie Hydroxyl unterscheiden.

„Die neue Karte der erdzugewandten Seite der Mondoberfläche erstreckt sich vom 60. Breitengrad bis zum Südpol des Mondes“, erklärt Bernhard Schulz, SOFIA Science Mission Operation Deputy Director der Universität Stuttgart, die auf deutscher Seite das SOFIA-Projekt koordiniert. „Mit diesen Daten können wir sehen, wie sich Wasser bei verschiedenen Sonnenständen, also Mondtageszeiten, auf dem Mond verteilt. Das sollte uns mehr über den Ursprung des beobachteten Wassers verraten.“

Das Wasser des Mondes kann im Boden als Eiskristalle oder Wassermoleküle, die chemisch an andere Materialien gebunden sind, vorkommen. Woher das Wasser des Mondes kommt – ob es in den Mineralien des Mondes enthalten ist oder ausschließlich von Kometen und Sonnenwind geliefert wird – ist eine noch offene Frage. Klar ist jedoch, dass der Mond viel größere Wassermengen beherbergt, als wir bisher angenommen haben.

Entscheidende Resource für zukünftige Missionen
„Wasser ist eine entscheidende Ressource, wenn Menschen den Mond langfristig erforschen oder ihn als Sprungbrett für Missionen zum Mars nutzen wollen“, so erläutert Reinhold Ewald, europäischer Astronaut und Professor am Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart. „Je mehr Wasser wir bereits auf dem Mond vorfinden, desto leichter können wir diese Vorhaben umsetzen.“

Weitere Beobachtungsdaten anderer Orte auf der Mondoberfläche befinden sich im SOFIA-Archiv und werden derzeit analysiert. „So wird SOFIA auch trotz der Beendigung des Beobachtungsbetriebs Ende September 2022 noch wesentliche Beiträge zu den Vorkommnissen und Verteilungen von Wasser auf der Mondoberfläche beisteuern“, so Schulz.

Über SOFIA
SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Förderkennzeichen 50OK0901, 50OK1301, 50OK1701 und FKZ 50 OK 2002) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die SOFIA-Aktivitäten werden auf deutscher Seite von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR koordiniert und vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart durchgeführt, auf amerikanischer Seite von der NASA und der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente wurde finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR.

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

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