Schon seit 1978 misst die NASA die Bestrahlungsstärke unseres Zentralgestirns. Wissenschaftler der University of Colorado Boulder wollen dafür sorgen, dass die inzwischen über vier Jahrzehnte reichende Messreihe nicht abreißt. Im Labor für Atmosphären- und Weltraumphysik – dem Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) – herrscht daher konzentrierte Aktivität. Hier sind für die nächste Etappe der TSIS-Mission der NASA zwei Instrumente im Bau. TSIS steht für Total and Spectral Solar Irradiance Sensor. Die jetzt vorbereitete Mission TSIS-2 soll 2023 abheben und tritt die Nachfolge der seit 2017 aktiven TSIS-1 an.

Die TSIS Geräte, TIM und SIM genannt, können mit einer deutlich verbesserten Messgenauigkeit punkten. TIM, der Total Irradiance Monitor, zeichnet die Gesamtbestrahlungsstärke auf - die dominierende Energiequelle für die Erde. SIM, der Spectral Irradiance Monitor, erfasst die spektrale Bestrahlungsstärke und soll Rückschlüsse erlauben, wie die Erdatmosphäre auf Änderungen der solaren Energieabgabe reagiert.

TIM und SIM sitzen, anders als ihre Vorläufer bei TSIS-1, nicht außen auf der Hülle der Internationalen Raumstation ISS. Vielmehr sind sie selbstständig unterwegs und fliegen mit einem etwa Waschmaschinen-großen Satelliten auf einer Erdumlaufbahn durch das Weltall. David Gathright, für die Nutzlast der Mission zuständiger Projektmanager beim LASP, betrachtet das als großen Vorteil, da sich so weitaus mehr Daten sammeln lassen: „As a free-flying mission, we’re going to be able to collect a lot more data.“

Das Ziel der Mission: bessere Daten für Klima und Energie

Seit Jahrhunderten beobachten Astronomen, dass die Zahl von Sonnenflecken und Sonnenfackeln zyklisch schwankt. Ein solcher Zyklus dauert im Mittel knapp über elf Jahre. Beide Phänomene – Flecken und Fackeln – signalisieren lokale Veränderungen der Oberflächentemperatur der Sonne und damit eine verringerte oder erhöhte Strahlungsleistung. Kurz gesagt: Die von der Sonne abgegebene Strahlungsmenge ist nicht konstant, sondern variiert.

Die Schwankungen wirken sich unter anderem auf das Erdklima aus, was den Ergebnissen der Mission besondere gesellschaftliche Relevanz verleiht. Wissenschaftler, die sich mit dem Klimawandel beschäftigen, brauchen für die nächste Generation von Klimamodellen genauere Angaben über die von der Sonne emittierte Strahlungsmenge, berichtet LASP-Teamleiter Erik Richard. Die Messwerte spielen zudem eine Rolle bei der Berechnung der Effizienz von Photovoltaikanlagen.

Die Herausforderung: äußerste Präzision

Das Labor für Atmosphären- und Weltraumphysik ist auch für die Steuerung und Kontrolle der Geräte verantwortlich. Sobald der Satellit in seine Umlaufbahn gelangt, kommt es auf maximale Präzision an, damit die Messungen erfolgreich sind. Die hohen Ansprüche gelten natürlich für das Material bis hin zur kleinsten Schraube. Mit von der Partie werden Ventile sein, die VAT gemeinsam mit der University of Colorado Boulder entwickelt hat. Konkret handelt es sich um Mini-Vakuumschieber der Baureihe 01.2 mit dem bewährten, robusten VATLOCK-Dichtprinzip. Die Bezeichnung „Mini“ kommt nicht von ungefähr: Mit der Nennweite DN16 ist es eines der kleineren VAT Ventile. Um den hohen Reinheitsanforderungen der Mission gerecht zu werden, werden alle Teile des Ventils speziellen VAT eigenen Reinigungsprozessen unterzogen. Es darf keinerlei Partikelrückstände oder Ausgasungen geben. Die Montage erfolgt, wie bei anderen Komponenten der Satelliten auch, unter Reinraumbedingungen.

© NASA

Da der Satellit seine Kreise außerhalb der schützenden Erdatmosphäre zieht, sind die Geräte der zerstörerischen Kraft der Sonnenwindharsch-Weltraumumgebung ausgesetzt, u.a. thermische Belastungen und andere extreme äußere Einflüsse. Um die daraus resultierenden technischen Schwierigkeiten vorausschauend lösen zu können, muss die Leitung der Mission in Boulder über alle Bauteile genauestens informiert sein. VAT Projektleiter Dr. Wolfgang Niessner betont: „Für unsere Ventile bedeutet dies, dass jede einzelne Komponente, von der einfachen Schraube bis zum Ventilgehäuse, sorgfältigst geprüft und dokumentiert ist.“ Die Abstimmung im Vorfeld und während des Projekts war daher immens wichtig und aufwendig. Dank der professionellen Zusammenarbeit mit Kollegen und Lieferanten sei alles sehr gut gelaufen, lobt Niessner. Die für die Mission vorbereiteten Ventile sind bereits im Weltraumlabor der University of Colorado eingetroffen, der ersten Station auf ihrer Reise ins Weltall.