HIGHTECH AUS JENA

Forschungsteam ermöglicht präzise Messung der Wärmestrahlung der Erde

Jenaer Forscher haben eine neuartige Diamantstruktur für ein Spektrometer entwickelt, das präzise Messungen im Infrarotspektrum ermöglicht. Eingesetzt werden soll es für die 2027 geplante FORUM-Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA, deren Ziel es ist, den Wärmehaushalt der Erde zu analysieren, um die globale Erwärmung und das Klimasystem der Erde besser zu verstehen. Vier Jahre lang hat das Forschungsteam des Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF und das Institut für Angewandte Physik (IAP) der Friedrich-Schiller-Universität Jena an der Entwicklung gearbeitet. 
Ein Diamant von der Größe einer Kreditkarte wirkt wie ein Strahlteiler.
© Fraunhofer IOF
Mit einem Satelliten soll der Strahlungshaushalt der Erde lokal präzise erfasst werden. „Im übertragenen Sinne bedeutet das, dass FORUM ein Thermometer ist, das mit äußerster Präzision zum Satelliten wird“, verdeutlicht Falk Eilenberger, Leiter der Abteilung Mikro- und Nanostrukturierte Optik am Fraunhofer IOF. Auf dem Satelliten wird ein Spektrometer eingesetzt, das als „Thermometer“ fungiert. Es erfasst die Wärmestrahlung der Erde im fernen Infrarotspektrum – also von etwa 10 bis 100 Mikrometern (μm). Die Schlüsselkomponente ist dabei der Strahlteiler des Spektrometers.

Geätzte Diamantstruktur mit Mottenaugen als Vorbild

Für eben diesen Strahlteiler haben Forscher beider Institute eine neuartige Diamant-Mikrostruktur für die hochpräzise Messung von Spektren im fernen Infrarotbereich entwickelt und hergestellt. Dabei kommt eine Technologie zum Einsatz, bei der mikroskopisch kleine Pyramiden in einen Diamanten geätzt werden. Die Herausforderung: „Es darf nur eine Oberfläche des Diamanten glänzen.“ 
Aus diesem Grund haben die Forscher ein spezielles Ätzverfahren entwickelt, um die notwendigen Strukturen in den Diamanten einzubringen. Dabei ließen sie sich von der Natur inspirieren – genauer gesagt vom Auge der Motte. „Mottenaugen sind in einem breiten Spektrum entspiegelt“, erklärt Eilenberger. „Diese Entspiegelung erreichen sie durch mikroskopisch kleine Pyramiden auf der Oberfläche. Das Fraunhofer IOF hat dieses Modell bereits vor einigen Jahren für sichtbare Optiken aus der Natur adaptiert. Diesen Ansatz haben wir nun für die FORUM-Mission auf Diamantstrahlteiler angewendet.“

Erfolgreiche Auslieferung nach vier Jahren Entwicklungszeit

Die FORUM-Mission markiert einen wichtigen Meilenstein in der Erforschung des Klimawandels sowie der Anwendung von Diamantstrukturen in der Raumfahrttechnik. Vier Jahre lang hat das Jenaer Forschungsteam an der Entwicklung der neuartigen Diamantstruktur gearbeitet. Die Entwicklung erfolgt in enger Abstimmung mit dem Auftraggeber OHB SE sowie der ESA als verantwortliches Gremium der Mission.
Der flugfähige Strahlteiler wurde im Dezember 2023 an OHB übergeben.

Mehr Informationen zum Projekt

iof.fraunhofer.de
esa.int

 
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