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Optische Messsysteme und Spezialexperimente unter Weltraumbedingungen

In der Abteilung Großanlagen und Solare Materialien des DLR Instituts für Solarforschung gibt es Vorrichtungen, konzentrierte Sonnenstrahlung und auch die Strahlung verschiedener künstlicher Lichtquellen in eine Vakuumkammer einzukoppeln. Auch größere Proben mit einem Durchmesser bis zu 0,5 Meter können so unter Vakuumbedingungen bestrahlt werden. Außerdem können die Versuchsaufbauten mit Flüssig-Stickstoff gekühlt werden. Auf diese Weise lassen sich weltraumähnliche Bedingungen herstellen.

Zur Durchführung der Weltraumexperimente stehen Vakuumkammern verschiedener Größen zur Verfügung, in die die Strahlung (ultraviolett, infrarot, Hochleistungsstrahler, Sonnenofen, etc.) durch ein Quarzglasfenster (Radius 500 mm) eingeführt werden kann. Hoher Strahlungsfluss, tiefkalte Umgebung (ca. 80 K), sowie fehlende Konvektion bilden die Randbedingungen für vielfach durchgeführte Experimente zur Qualifizierung von Materialen, Werkstoffen und Bauteilen der Weltraumindustrie, wie Solar Panels, optische Detektoren, mechanische Komponenten wie Kabelbäume und Gelenke, Strahlungsschutzschilde, Abschirmungen und Abdeckungen. Zur Quantifizierung der Messungen steht eine leistungsfähige Datenerfassung zur Verfügung. Unter anderem können Aufnahmen erstellt werden, die die Strahlungsflussdichteverteilung in der Bildebene des Experiments millimetergenau abbilden. Dauertests unter UV-Licht von bis zu 1000 Stunden konnten so schon unterbrechungsfrei durchgeführt werden sowie Experimente mit uniformer Bestrahlungsstärke von bis zu 36 kW/m² auf einer Fläche von 0,3 x 0.3 m². Zur Überwachung der Reinheit des Restgases der Vakuumkammer und der bestrahlten Proben können ein Massenspektrometer an der Kammer betrieben sowie infrarot-transparente CaF2 Gläser eingesetzt werden, deren Bedeckung mit Kontaminanten mittels Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie qualitativ bestimmt werden kann.

Vakuumkammer: Radius 1090 mm; Länge 1200 mm

360 Watt UV-A Strahler

Optiklabor

Im Optiklabor stehen verschiedene Geräte und Methoden zur Qualifizierung berührungsloser Messtechniken zur Verfügung:

• Kalorimeter und Radiometer zur Bestimmung hoher Bestrahlungsstärken
• Spektrometer zur Bestimmung von Transmissivität und Reflektivität (UV-VIS-NIR, FTIR, Monochromator)
• Thermographie Messsysteme zur Bestimmung von Emissivität und/oder Temperatur von Oberflächen im Infrarotbereich
• UV-A/B Radiometer
• Eine Goniometer-Reflektometer Optikbank zur winkelabhängigen Bestimmung der Reflektivität und Emissivtät
• Verschiedene CCD-Kameras
• Schwarzkörperstrahler
• Messaufbauten für strahlungsphysikalische Experimente: 360 Watt UV-A Strahler, 500 Watt IR Strahler
• Sämtliche Experimente können durch eine Strahlungsflussdichtemessung mit hoher Auflösung kalibriert werden

Vakuumlabor

Im Vakuumlabor stehen zwei Vakuumkammern inklusive Pumpstände und umfangreicher Messtechnik zur Verfügung:
1. Kammer: Radius 1090 mm, Tiefe 1200 mm
2. Kammer: Radius 600 mm, Tiefe 500 mm
in die die Strahlung verschiedener Lichtquellen (UV, IR, HLS, SOF, etc) durch ein Quarzglasfenster (Durchmesser 500 mm) eingeführt werden kann.

• In beiden Vakuumkammern kann eine Wasser- oder Stickstoffkühlung oder eine elektrische Heizung installiert werden, um die Temperatur der zu messenden Probe anzupassen.
• Eine leistungsfähige Datenerfassung mit  80 Messkanälen erfasst alle relevanten Messdaten (Temperatur, Strom, Spannung, Druck, etc.)
• An der Kammer kann ein Massenspektrometer betrieben werden, mit dem permanent (bei p < 10-4 mbar) die Gaszusammensetzung überwacht werden kann. 
• Des Weiteren können CaF2 Gläser (IR durchlässig) eingesetzt werden, deren Bedeckung mittels Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie qualitativ bestimmt werden kann.