Technologien für den Weltraum – Das Fraunhofer IAF auf den Industry Space Days

Das Fraunhofer IAF arbeitet seit 1999 mit der ESA in unterschiedlichen Projekten zusammen. Am eigenen Messestand präsentiert das Fraunhofer-Institut seine neuesten, für die Raumfahrtbranche relevanten Kompetenzen aus den Bereichen der Opto- und Hochfrequenzelektronik.

Aus dem Forschungsgebiet der Photodetektoren zeigen die Freiburger Forscher Matrix- und Einzeldetektoren mit einer hohen räumlichen Auflösung im infraroten Bereich. Im kurzwelligen Infrarot erlauben hochempfindliche Indiumgalliumarsenid-basierte Fernerkundungssysteme Satelliten-gestützte Erdbeobachtung aus dem All.

Für das mittlere und langwellige Infrarot sind die am Fraunhofer IAF entwickelten Übergitterdetektoren weltweit einzigartig. Sie ermöglichen die Herstellung räumlich hochauflösender, leistungsstarker Wärmebildkameras, welche entweder klassisch monospektral arbeiten oder aber die Fähigkeit zum Farbsehen im Infraroten besitzen.

Der Fokus aus dem Forschungsportfolio der Hochfrequenzelektronik liegt auf Verstärkermodulen im Frequenzbereich von 220 bis 330 GHz (H-Band). Empfindliche Verstärker, die Mikrowellenstrahlung aufnehmen, wie sie von jedem Körper und jeder Fläche abgegeben wird, ermöglichen eine präzise Erdbeobachtung aus dem All.

Für den Einsatz am Satelliten müssen sie zum einen sehr empfindlich sein und zum anderen harschen Umgebungen standhalten. Die auf III/V-Halbleiterbasis entwickelten Verstärkermodule des Fraunhofer IAF erfüllen beide Kriterien.

Langjährige Zusammenarbeit mit der ESA

Das Fraunhofer IAF kooperiert seit fast 20 Jahren in verschiedenen Projekten mit der Europäischen Weltraumorganisation. Als die ESA 2013 den Satelliten Proba-V zur Erdbeobachtung in den Weltraum schickte, war erstmals ein europäisches Bauteil auf Basis des Halbleiters Galliumnitrid mit an Bord: Für das Kommunikationssystem von Proba-V hat das Fraunhofer IAF eine Verstärkerschaltung für den Frequenzbereich im X-Band entwickelt.

Dieser hatte den Vorteil, robuster, kompakter und leichter als die bis dato eingesetzten Lösungen zu sein. Der Mini-Satellit Proba-V schwebt noch immer im All und sendet Bilder von der Vegetation der Erde. Die Aufnahmen in unterschiedlichen Wellenlängen machen die Abholzung der Regenwälder, die Verschmutzung der Meere sowie Bodenerosionen sichtbar.

Im Rahmen des Projektes »MetOp Second Generation« plant die ESA, bis 2021 moderne Erdbeobachtungssatelliten ins Weltall zu schicken, um das weltweite Klima zu dokumentieren. Und auch dieses Mal sollen Bauteile des Fraunhofer IAF mitfliegen. Mit den Satelliten sollen äußerst empfindliche Hochfrequenzverstärker ins All starten, die die natürliche Mikrowellenstrahlung, wie sie von Wasserdampf, Regen, Nebel oder Eiskristallen abgegeben wird, registrieren können. Dafür hat das Fraunhofer IAF rauscharme monolithische Mikrowellenverstärker speziell für den Frequenzbereich von 54 bis 243 GHz entwickelt.

Das Herzstück dieser Verstärker ist ein High-Electron-Mobility-Transistor mit Indium-Gallium-Arsenid als Kanalmaterial, welches dafür sorgt, dass der Transistor sehr empfindlich ist und bereits sehr schwache Mikrowellensignale registriert. Mit diesen Mikrowellenschaltungen des Fraunhofer IAF sollen die MetOp-Satelliten der ESA künftig Temperatur, Wasserdampf und Niederschlagsart noch präziser ermitteln und die Zuverlässigkeit der Wettervorhersage steigern.

Treffpunkt der europäischen Raumfahrt-Community

Die Industry Space Days umfassen eine Konferenz, Ausstellung, exklusive Business-to-Business-Treffen sowie Führungen durch die ESTEC-Labore. Das umfangreiche Programm bietet Unternehmen und Forschungseinrichtungen die Möglichkeit, sich und ihre Produkte, Dienstleistungen und Entwicklungen einer großen Raumfahrt-Community vorzustellen. Was die Veranstaltung einzigartig macht, ist der Fokus auf persönliche Gespräche mit potentiellen Partner. Die vorab vereinbarten B2B-Treffen bieten insbesondere kleinen und mittelständischen Unternehmen die Gelegenheit, ihre Produkte und Kompetenzen zu präsentieren.

Über das Fraunhofer IAF

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF zählt zu den führenden Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet der Verbindungshalbleiter. Auf Basis dieser Halbleiter entwickelt es elektronische und optoelektronische Bauelemente sowie integrierte Schaltungen und Systeme. In einem 1000 m² großen Reinraum und weiteren 3000 m2 Laborfläche stehen Epitaxie- und Technologieanlagen sowie Messtechniken bereit, um Hochfrequenz-Schaltungen für die Kommunikationstechnik, Spannungswandler-Module für die Energietechnik, Infrarot- und UV-Detektoren für die Sicherheitstechnik sowie Infrarot-Lasersysteme für die Medizintechnik zu realisieren. Bedeutende Entwicklungen des Instituts sind lichtstarke weiße Leuchtdioden für die Beleuchtungstechnik, energieeffiziente Leistungsverstärker für die mobile Kommunikation und hochempfindliche Laser-Analysesysteme zur Überwachung der Trinkwasserqualität.

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