ESA

Antennen und Hochfrequenzsysteme für den Weltraum werden immer größer und leistungsfähiger. Um Schritt zu halten, werden auch die bodengestützten Testanlagen der ESA erweitert. Ein Bauprojekt neben den Dünen der Nordsee markiert die Erweiterung des ESTEC-Technikzentrums in den Niederlanden um Europas größte Antennen- und Hochfrequenz-Nutzlasttestkammer – Hertz 2.0.

Hertz 2.0 ist eine verbesserte und erweiterte Version des aktuellen Hybrid European Radio Frequency and Antenna Test Range (Hertz 1.0) der ESA und ein Beispiel für das, was als „Compact Antenna Test Range“ (CATR) bekannt ist, obwohl das erste Wort irreführend ist – es ist nur in dem Sinne „kompakt“, dass es so konstruiert ist, dass es die riesigen Entfernungen simuliert, die bei der Weltraumkommunikation innerhalb einer Kammer fester Größe auftreten.

Tatsächlich wird die Hertz 2.0-Testkammer mit einer Fläche von 32 x 25 m und einer Höhe von 18 m riesig sein und in der Lage sein, selbst die größten Satelliten in einer isolierten „reflexionsarmen“ Kammer unterzubringen, deren Metallwände mit strahlungsabsorbierenden Schaumpyramiden ausgekleidet sind sorgfältig geformte Reflektoren, die die unendliche Leere des Raums nachahmen. An die Testkammer wird ein spezielles Mikrowellen- und Nutzlastlabor angeschlossen, das umfassende End-to-End-Testfunktionen für Antennen und Nutzlasten bietet.

Das Hertz 2.0-Gebäude wird auch eine erweiterte Version des ESA-Labors für Optik und Optoelektronik beherbergen, die eine verbesserte Prüfung von Lasersystemen, neue Möglichkeiten wie die Kalibrierung kleiner Kameras, Detektoren und Nutzlasten sowie eine transportable optische Bodenstation für den Boden ermöglicht zur Weltraum-Lasersignalisierung.

Unterstützung von Missionen der neuen Generation

„Diese neue Hertz 2.0-Anlage ist darauf ausgelegt, den Anforderungen der kommenden Generation fortschrittlicher ESA-Missionen und anderer Projekte unserer europäischen Partner gerecht zu werden“, bemerkt Luis Rolo, Projektmanager für das Hertz 2.0 CATR- und Nutzlastlabor. „Nehmen Sie als Beispiel die neuen Galileo-Satelliten der zweiten Generation: Bei den Galileo-Satelliten der ersten Generation wurden Hochfrequenztests durchgeführt, indem die Nutzlastelektronik, die ihre Navigationssignale erzeugt, von der Antenne, die diese Signale sendet, getrennt wurde. Aufgrund des ausgefeilten, integrierten Charakters von Galileo Second Generation ist ein solcher Ansatz jedoch nicht mehr möglich.

„Stattdessen müssen wir diese neuen Satelliten als Ganzes testen und dabei eine Fernfeldtechnik verwenden, die alles bewältigen kann, ohne die Genauigkeit zu beeinträchtigen. Das Design von Hertz 2.0 wird genau das ermöglichen: eine hochpräzise End-to-End-Leistung der abgestrahlten Hochfrequenznutzlast über einen sehr breiten Frequenzbereich mit einer Genauigkeit, die die am Boden verfügbare Kalibrierung verbessert und letztendlich der Qualität zugute kommt die Datenprodukte und -dienste, die den Mitgliedstaaten zur Verfügung stehen.“

Speziell gebogene Reflektoren in der Hertz 2.0-Kammer verändern die Form der Signale, die zu und von Testantennen kommen, als ob sie Tausende von Kilometern durch den Weltraum gereist wären. Die Kammer ist für den Betrieb im Mikrowellen-L-Band optimiert, kann jedoch von einigen hundert MHz bis zu mehreren hundert GHz betrieben werden.

Die Kammer wird außerdem über zwei große Gruben verfügen: eine für einen Positionierer, der den Testsatelliten oder die Antenne nach Bedarf bewegen kann, während die andere einen Nahfeldscanner aufnehmen kann, der in Zukunft statische Tests der größten Testobjekte ermöglichen kann.

Entspanntes Testen

Für Tests bei niedrigen Temperaturen steht flüssiger Stickstoff zur Verfügung – Temperaturänderungen können die Form und Leistung der Antenne dramatisch verändern –, während gasförmiger Stickstoff verwendet wird, um Feuchtigkeit an empfindlichen Testteilen zu vermeiden, die je nach Testanforderungen erwärmt oder gekühlt werden können.

Die Kammer wird außerdem die Lorentz-Anlage der ESA beherbergen, die für die Durchführung von Tests von Instrumenten und Antennen im Millimeter- und Submillimeterbereich bei kryogenen Temperaturen ausgelegt ist.

Luis fügt hinzu: „Hertz 2.0 stellt eine zeitgemäße Investition für den europäischen Raumfahrtsektor dar. Die vergrößerte Größe wird nicht nur die Tests von Galileo Second Generation und anderen RF-fokussierten Missionen verbessern, sondern auch Testmöglichkeiten für neue Entwicklungen wie große einsetzbare Reflektorantennen und große aktive und passive Arrays eröffnen.“

Es werde Licht

Das neue Gebäude wird auch eine verbesserte und erweiterte Version des Optik- und Optoelektroniklabors OOEL der ESA umfassen, das ursprünglich in den 1970er Jahren gegründet wurde und aufgrund der gestiegenen Testanforderungen stetig erweitert wurde.

„Das neue OOEL wird einen rund 500 Quadratmeter großen Reinraum umfassen, der nach ISO 8-Standards oder besser gebaut ist und mehrere Experimente und Testaufbauten gleichzeitig aufnehmen kann“, erklärt Dana Tomuta, die die Laborerweiterung beaufsichtigt.

„Diese sollten von Proof-of-Concept-Tests für Quanten- und optische Kommunikation und einer transportablen optischen Bodenstation über Quantenschlüsselverteilungsexperimente bis hin zu Einrichtungen zur Charakterisierung und Kalibrierung von Lasern und Detektoren, spektroradiometrischen Testeinrichtungen zur Kalibrierung von Detektoren und kleinen Kameras reichen und optische Nutzlasten sowie verschiedene Messsysteme zur Prüfung optischer Komponenten.

„Wichtig ist, dass diese Erweiterung auch die Palette der verfügbaren Lichtquellen erweitern wird, angefangen von Röntgenstrahlen bis hin zu langwelligem Infrarot unter Verwendung der neuesten optischen parametrischen Dauerstrich-Oszillatorlaser.“

Die Testmöglichkeiten für „Streulicht“ werden ebenfalls erweitert – unerwünschtes Licht innerhalb eines optischen Systems, das die Gesamtleistung beeinträchtigen kann – mithilfe eines Trios von Streulichtmessgeräten, von denen eines in der Lage sein wird, auf Komponentenebene das gesamte Streulicht über einen großen Wellenlängenbereich von zu charakterisieren Ultraviolett bis kurzwelliges Infrarot.

Erfahren Sie mehr unter https://technology.esa.int/lab/optics-and-opto-electronics-laboratory

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