Quarzglas für die Luft-/Raumfahrt und Astronomie

Seit der Mondlandung 1969 werden Materialien von Heraeus bei Projekten zur Erforschung des Universums eingesetzt. Technologien von Heraeus eröffnen Astronomen neue Möglichkeiten – so kartografieren sie beispielsweise die Milchstraße, bestimmen die Position einer Milliarde Sterne, erforschen das dunkle Universum und finden Schwarze Löcher. Darüber hinaus helfen Materialien von Heraeus, Gravitationswellen zu messen, die unseren Planeten aus dem tiefen Weltraum erreichen – sie können sogar beweisen, wie die Erde wirklich „tickt“.

Anwendungen

Luft- und Raumfahrt

Rosetta-/Philae-Mission ©Stéphane Masclaux - stock.adobe.com
Rosetta and Philae mission

Viele Anwendungen im Bereich der Luft- und Raumfahrt erfordern den Einsatz extrem hochwertiger Werkstoffe. Sie müssen in hohem Maße widerstandsfähig, stoßfest und sehr leicht sein, und vor allem eine hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer aufweisen.

Viele Flugzeuge und Raumfahrzeuge sind mit zahlreichen Sensoren ausgestattet, die mithilfe optischer Elemente unzählige Dinge erfassen, verfolgen oder identifizieren können. Bei vielen Geräten handelt es sich im Grunde um die kleinere Remote-Version eines Laboraufbaus am Boden. Oft spielt die Fernerfassung eine wichtige Rolle. Hier werden strahlungsharte Diffusoren aus Quarzglas benötigt.

Die Sensoren benötigen möglicherweise eine einfache transparente Abdeckung, die UV- bis NIR-Strahlung durchlässt, oder einige optische Komponenten (z. B. Linsen oder Prismen). Hier ist es wichtig zu verstehen, welche Quarzglassorte welche Transmissionsleistung für einen bestimmten Wellenlängenbereich bietet. Aber nicht nur der absolute Transmissionswert ist wichtig; es kann auch interessant sein, zu wissen, womit in Hinsicht auf die Blasen- oder Einschlussgröße und -dichte zu rechnen ist. Dies sollte bekannt sein, um beurteilen zu können, ob im freien Durchgang der Optik Streudefekte oder Schlieren vorhanden sind.
Weitere Informationen zur Transmissionsleistung

Da sich die Sensoren in der Luft (oder im Weltraum) befinden, ist es für einen Techniker schwierig oder unpraktisch, Wartungsarbeiten während des Fluges durchzuführen. Daher ist es von größter Wichtigkeit, Werkstoffe zu verwenden, die den Einsatzbedingungen mindestens für die Dauer des Fluges standhalten können. Bei Raumfahrtanwendungen können das mehrere Jahre oder sogar Jahrzehnte sein. Insbesondere im Weltraum dürfen die Werkstoffe, die einer hohen Dosis ionisierender Strahlung ausgesetzt sind, keine signifikanten Alterungserscheinungen oder eine Verschlechterung von Eigenschaften aufweisen. Zur Auswahl der optimalen Materialien sollte daher auf jeden Fall bekannt sein, wie Quarzglas durch Licht mit hoher Intensität und kosmische Strahlung geschädigt werden kann.
Weitere Informationen zu den Eigenschaften von Quarzglas

Astronomie

VISTA-Teleskop (Quelle: G. Hüdepohl (atacamaphoto.com)/ESO)
VISTA-Teleskop (Quelle: G. Hüdepohl (atacamaphoto.com)/ESO)

Die Astronomie beschäftigt sich mit der Beobachtung und Untersuchung von Himmelskörpern (Galaxien, Sterne, Planeten, Monde, Asteroiden und Kometen) und Prozessen (Supernovae, Explosionen, Gammastrahlenausbrüche und kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung). Für ihre Forschung setzen Wissenschaftler erd- und satellitengestützte Geräte ein.

Die bekanntesten Mittel für astronomische Studien sind Teleskope. Je nach Wellenlänge verwenden sie reflektive Optiken (Spiegel) oder transmissive Optiken (Linsen/Strahlteiler). Einige Schlüsselkomponenten in Teleskopen bestehen aus Quarzglas. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn das Teleskop im Bereich des sichtbaren Lichts bis in den nahen Infrarotbereich eingesetzt wird.

Je größer das Teleskop, desto besser die Auflösung. Aus diesem Grund werden Teleskop-Arrays gebaut. Das bedeutet, einzelne Teleskope, die in einem Abstand von mehreren Metern oder Kilometern voneinander aufgestellt sind, werden zusammengeschaltet, um so hochauflösende Bilder zu erzeugen. Dabei ist es wichtig, die Bilderzeugung zu synchronisieren. Dies geschieht in der Regel durch die Nutzung eines faseroptischen Kommunikationsnetzes.

Wissenschaftler setzen bei ihren Forschungsarbeiten aber nicht nur Teleskope ein, sondern auch spezielle Detektoren, um Teilchen oder Phänomene zu untersuchen, die ihren Ursprung im Weltraum haben. Ein weiteres Beispiel ist der Gravitationswellendetektor (auch als Gravitationsobservatorium bezeichnet), der Gravitationswellen durch eine sehr präzise Interferometrie misst.