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Schütteltisch, Lärm und eisige Kälte – Weltraumteleskop PLATO im Härtetest

Weltraumteleskop PLATO auf dem Schütteltisch
PLATO ist auf dem sogenannten QUAD-Shaker bei der ESA montiert, um die Vibrationen während des Raketenstarts zu simulieren.
Credit:

ESA / G. Porter

Anfang des Jahres 2027 soll das Weltraumteleskop PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) ins All starten. Ziel der Mission ist es, nach erdgroßen Planeten zu suchen, die um sonnenähnliche Sterne kreisen. Aber bevor der Satellit vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou in Französisch-Guyana mit einer Ariane-6-Trägerrakete abheben darf, muss nachgewiesen sein, dass er mit seinem wissenschaftlichen Gepäck fit für den Raketenstart ist.

Dieser Nachweis kann nur durch eingehende Tests erbracht werden. Dazu wurde das wissenschaftliche Instrument im vergangenen Jahr von Oberpfaffenhofen, wo es von der Firma OHB System AG zusammengebaut worden war, zum Testzentrum der Europäischen Weltraumorganisation ESA (ESTEC) nach Noordwijk in den Niederlanden gebracht. Bei dem Instrument handelt es sich um eine Plattform mit 26 separaten Kameras. Im ESTEC wurden zunächst die Solarpaneele und das Sonnenschild am Satelliten angebracht, dann begannen die Testläufe, um die Weltraumtauglichkeit von PLATO zu überprüfen.

Geschüttelt, nicht gerührt – PLATO auf dem Shaker

Die ersten Untersuchungen waren Vibrationstests, in denen das Verhalten des Instruments beim Beschleunigen in alle drei Raumrichtungen untersucht wird. Dabei wurden die starken Erschütterungen und Vibrationen nachgeahmt, denen PLATO während des Starts ausgesetzt sein wird. Die Vibrationstests wurden zunächst in der senkrechten Richtung, der Z-Achse ausgeführt, und dann mit einem seitlichen Shaker in die beiden anderen Richtungen (X- und Y-Achse).

Jeder Testlauf dauert eine Minute, in der die Frequenz der Schwingungen schrittweise von fünf auf 100 Hertz erhöht wurde. Bei den höheren Frequenzen kann man die schnellen Bewegungen nicht mehr mit dem Auge erkennen, aber man hört das Rumpeln im Inneren des Satelliten, das durch das schnelle Schütteln verursacht wird. Der Ton kommt in Schüben und wird lauter, wenn der Shaker Resonanzfrequenzen erreicht und das Raumfahrzeug stärker vibrieren lässt.

Die ersten paar Minuten nach dem Start eines Satelliten sind aufgrund der extremen Vibrationen beim Abheben der Rakete die schwierigsten. Die Tests stellen sicher, dass keine Teile der Raumfahrt-Hardware während des Starts beschädigt werden und dass sich der Satellit wie erwartet verhält.

Höllenlärm beim Akustiktest

Die Akustik-Testkammer LEAF
In der akustischen Testkammer der ESA, der Large European Acoustic Facility (LEAF), wurde vor den Tests mit dem "echten" PLATO-Satelliten auch ein Strukturmodell mit ohrenbetäubendem Lärm wie beim Raketenstart beschallt.
Credit:

ESA / G. Porter

Nach den Vibrationstests wurde PLATO in die akustische Testkammer der ESA, die Large European Acoustic Facility (LEAF), gebracht. Dort wurde der Satellit mit ohrenbetäubendem Lärm beschallt, der dem Getöse beim Start ähnelt. Die durch die Vibration der Luft übertragene mechanische Belastung entsteht beim Raketenstart durch die Nutzlastverkleidung, die den Satelliten während des Aufstiegs durch die Atmosphäre vor dem entstehenden Druck und der Hitze schützt. Auch diesen Test hat PLATO mit Bravour gemeistert.

Solche Vibrations- und Akustiktests und die späteren Thermaltests werden speziell auf jeden Satelliten abgestimmt und in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt. Auf diese Weise können mögliche Schwachstellen entdeckt werden. Dazu werden vor dem Test Sensoren auf den Satelliten aufgebracht, die während der Prozedur ausgelesen werden. So wird überprüft, ob er sich wie erwartet „verhält“. Im Anschluss werden Funktionstests durchgeführt, die Auskunft darüber geben, ob sich der Test in irgendeiner Form negativ auf das System ausgewirkt hat.

Tiefkühlung bei fast minus 200 Grad Celsius

Blick in den Large Space Simulator mit einem Satelliten im Test
In der Vakuumkammer, dem Large Space Simulator wird PLATO Umweltbedingungen ähnlich denen im Weltraum ausgesetzt.
Credit:

ESA 2002

Die nächste Prüfung für PLATO wird in Europas größter Vakuumkammer, dem Large Space Simulator der ESA, durchgeführt werden. In diesem großen zylinderförmigen Container – 15 Meter hoch und zehn Meter im Durchmesser – wird untersucht, ob PLATO den Umweltbedingungen im Weltraum standhalten kann. Damit simuliert das ESA-Team die Temperaturen im All, die Vakuumumgebung und die Sonneneinstrahlung simuliert.

Den Temperaturverhältnissen im Weltraum nähert man sich durch die Kühlung der Wände mit flüssigem Stickstoff auf etwa minus 198 Grad Celsius (77 Kelvin). Trotz der tiefen Temperaturen muss auch mit der anfallenden Wärme umgegangen werden: Im Gegensatz zu Systemen für den Gebrauch auf der Erde wird im Weltraum die Hitze, die durch Stromverbrauch oder Sonneneinstrahlung anfällt, nicht durch Luft, sondern durch leitfähige Materialien zu einem sogenannten Radiator abgeführt, der die thermische Energie in den Weltraum abstrahlt. Die Tests dieser Systeme können nur im Vakuum erfolgen.

Das Vakuum, das man hier erzeugen kann, entspricht einem Druck von 5 x 10-4 Pascal. Das entspricht etwa 1014 Molekülen pro Liter und ist damit rund 100 Millionen Mal dünner als die normale Erdatmosphäre. Im Weltall ist es dann noch „leerer“, hier gibt es nur noch etwa 1.000 Moleküle pro Liter – unerreichbar mit irdischen Möglichkeiten.

Wenn alle Tests erfolgreich abgeschlossen sind, steht dem Transport von PLATO nach Südamerika und dem Start ins Weltall im Januar 2027 vorerst nichts mehr entgegen.

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