Mission possible: irdischer Komfort dank High Reliability

Bei IR HiRel ist der Name Programm: HiRel steht für „hochzuverlässig“ und bezeichnet eine Halbleiterkategorie der besonderen Art. Sie kommen bei Missionen zum Einsatz, wo extreme Umgebungsbedingungen herrschen. Solche, wo nicht mal eben der Kundendienst vorbeischauen kann. In der Raumfahrt zum Beispiel oder im Luftverkehr, unter See, unter Tage oder in der Medizin. Fehlerfreies Arbeiten entscheidet hier über das Leben von Menschen und den Erfolg sehr kostenintensiver Projekte. 

Die Geschäftsfelder von IR HiRel sind: Weltraumsysteme, Luftfahrttechnik, Öl- und Gasexploration, Untersee-Telekommunikationskabel und Verteidigungstechnik. „Null Fehler“ lautet bei allen der Anspruch – und mit ausgefeilten Testprozeduren erfüllt IR HiRel diese Anforderungen.

Denn bei einem Außentermin im All zählt vor allem Zuverlässigkeit. Die Halbleiter müssen ja nicht nur die lange Transportzeit einwandfrei überstehen, sondern auch danach rund um die Uhr fehlerlos arbeiten. Neuneinhalb Jahre hat die Raumsonde New Horizons gebraucht, um nach fünf Milliarden Kilometern endlich am 15. Juli 2015 den Zwergplaneten Pluto zu erreichen. Achteinhalb Monate brauchte es, bevor der Curiosity-Rover am 6. August 2012 erstmals auf dem Mars landete und von dort Farbfotos schickte. Angesichts der Ergebnisse hat sich das Warten gelohnt. Erfahren Sie mehr über zwei der entlegensten und faszinierendsten Projekte unserer Zeit.

 

Erfolgreich im All: mit Tradition, Mut und Zuverlässigkeit

Sputnik, Wostock, Mercury, Gemini, Apollo – auf legendären Pioniertaten wie diesen setzen die Wissenschaftler von heute auf. Mit technischen Innovationen erkunden sie das All genauer denn je. Das enorme Leistungsvermögen der modernen, unbemannten Flugkörper eröffnet sprichwörtlich neue Horizonte. New Horizons, jene Sonde, die am 15. Juli 2015 am Pluto vorbeiflog, befindet sich als erster irdischer Flugkörper an den Grenzen unseres Sonnensystems.

Seit über 20 Jahren trägt IR HiRel maßgeblich zum Erfolg von Weltraumforschung bei. Über 2.000 verschiedene Missionen haben die IR HiRel-Ingenieure zuverlässig begleitet. Mehr als einmal haben sie dabei die Erwartungen ihrer Auftraggeber übertroffen. Mit besonders zuverlässigen („high reliable“) Halbleiterkomponenten, darunter DC-DC-Spannungsreglern, Leistungstransistoren, Dioden und ICs.

Die Strahlendosis, denen die Flugkörper ausgesetzt sind, ist enorm. Eine sechsmonatige Reise zum Mars oder 500 Tage auf dem Planeten verursachen eine Belastung von 300 Millisievert. 6 Monate auf der Raumstation ISS liegen bei etwa 90 Millisievert. Demgegenüber liegt die natürliche Strahlendosis auf dem Erdboden bei unter 1 Millisievert – je nach Region auch höher.

Hoch lebe die Neugier: Curiosity zieht alle in seinen Bann

Der Weltraum-Rover Curiosity ist ein technisches Meisterwerk – ein auf sechs Rädern rollendes Hightech-Labor, eingepfercht in einen planetaren Mini-SUV. Mit an Bord sind über 500 Bauteile von IR HiRel. Seit seiner planmäßigen Landung auf dem Mars am 06. August 2012 sorgen Spezialkameras wie Panorama- oder Mikroskopkameras ohne Unterlass für eindrucksvolle Bilder. Zum Teil dienen sie auch der sicheren Navigation. Curiositys Greifarm entnimmt Boden- und Gesteinsproben, und ein eigenes kleines Atomkraftwerk sorgt für ausreichend Energie.

Kosmos an Erde: Diese fünf Ursachen erschweren Raumfahrtingenieuren die Arbeit

Raumschiffe, Raumsonden, Erdsatelliten und Weltraumstationen dienen zur Sammlung wichtiger Informationen. Damit sie diese einwandfrei zur Erde zurückliefern können, bedarf es der Lösung beträchtlicher Schwierigkeiten. Folgende fünf Ursachen fordern auch die Astrophysiker, Techniker, Ingenieure und Mathematiker von IR HiRel täglich aufs Neue:

Entfernung: Die Distanzen, die es zu überwinden gilt, sind gigantisch. Sowohl, was die Transportzeit, als auch das Übermitteln von Informationen anbetrifft. Je weiter ein Flugkörper an die Grenzen unseres Sonnensystems gerät, desto schwieriger wird es mit der Steuerung, weil die Befehle mit immer größerer Verzögerung ausgeführt werden.

Strahlung: Die kosmische Strahlung ist keineswegs trivial. Damit die empfindlichen Halbleiter nicht von der Strahlung zerstört werden, braucht es ein besonderes, strahlengeschütztes Design.

Druck: Trotz der Schwerelosigkeit im All bauen sich auf dem Weg dorthin außerordentliche Über- und Unterdruckbelastungen auf, denen das Material trotzen muss.

Temperatur: Im All selbst herrschen tiefe Minusgrade (bis -220 Grad Celsius). Wenn die Flugkörper die Schallmauer der Erde durchbrechen, entsteht jedoch enorme Hitze von bis zu 1.650 Grad Celsius.

Energie: Flugkörper wie New Horizons, die Jahre oder Jahrzehnte im All bleiben, benötigen ausreichend Energie. Hierfür ist ein kleines Atomkraftwerk – ein sogenannter Radioisotopengenerator – an Bord erforderlich.

 

Nomen est omen: wie Curiosity zu seinem Namen kam

Gute 645 Mio. US-Dollar kostet es, einen Rover zu entwickeln, der den Mars erforschen soll. Das 1x1 der guten PR sah deshalb vor, die Steuerzahler möglichst früh für das Projekt zu gewinnen. Ein öffentlicher Namenswettbewerb sollte für die nötige emotionale Bindung an die Mission sorgen.

Clara Ma ist elf Jahre, als sie im Dezember 2008 eher zufällig von dem Wettbewerb erfährt. Sie hat eine Schulaufgabe früher als erwartet beendet, blättert ein bisschen in einer Schülerzeitschrift und liest den Artikel der NASA. Mit Neugier kennt sich die aufgeweckte Schülerin aus – auch wenn sie sich im Dunkeln immer noch fürchtet. „Warum ist der Himmel blau?“, „Warum bin ich ich?“ fragt sich das Mädchen. Sie besucht die 6. Klasse der Sunflower Elementary School in Lenaxa/Kansas. Das Motto des US-Staates „Ad astra per aspera“, sinngemäß: „Auch wenn's steinig wird, greif nach den Sternen!“

Also runter vom Schulbus und rauf ins Zimmer. Innerhalb von nur zehn Minuten schreibt sie ihren Essay am Computer. Sie zeigt ihn ihrer Schwester. Die findet den Vorschlag gut genug, um ihn einzusenden. Ihrem Tagebuch vertraut Clara an, dass sie gar nicht unbedingt gewinnen möchte, sie wünsche sich nur eines für den Rover: „to do lots of cool stuff on Mars and have a really good name“.

Im April 2009 wird Clara Mas Vorschlag unter 9.000 Einsendungen zum Sieger gekürt – vor denen von hochkarätigen Fachleuten und Koryphäen der Astrophysik. Ihr Name wurde in der Raumsonde verewigt. Noch heute beschreibt sie sich in ihrem Twitter-Profil als: „Environmentalist, space-enthusiast, TEDxYouth speaker, namer of robots on other planets, something of a dreamer“.

Wer es nicht geschafft hat, seinen eigenen Namen mit an Bord zu bekommen, kann immerhin jetzt noch eine virtuelle Nachricht an Curiosity und den Mars senden.

Essay von Clara Ma:

„Neugier ist wie eine lebendige Flamme, die in jedem von uns brennt. Sie bringt mich dazu, morgens aufzustehen und mich zu fragen, welche Überraschungen das Leben an diesem Tag für mich bereithält. Neugier ist eine unglaubliche Kraft. Ohne sie wären wir nicht die, die wir heute sind. Als ich jünger war, fragte ich mich immer: „Warum ist der Himmel blau?“, „Warum funkeln die Sterne?“, „Warum bin ich ich?“ – und das tue ich immer noch. Ich hatte so viele Fragen und Amerika ist der Ort, an dem ich meine Antworten finden möchte. Neugier ist die Leidenschaft, die uns jeden Tag vorantreibt. Wir sind Forscher und Wissenschaftler geworden, die das Bedürfnis verspüren, Fragen zu stellen und nachzudenken. Natürlich lauern viele Risiken und Gefahren, aber trotz all dem werden wir auch weiterhin nachdenken und träumen und schaffen und hoffen. Wir haben so viel über die Welt herausgefunden, und dennoch so wenig. Wir werden niemals alles wissen, was es zu wissen gibt, aber mit unserer brennenden Neugier haben wir so viel gelernt.“

 

Exkurs: Von Marsmenschen und Marsdörfern

Unendliche Weiten, fantastische Galaxien, sagenhafte Planeten – seit Urzeiten übt das Universum Anziehungskraft auf die Menschen aus. Der rötlich-orange scheinende Mars hatte es den alten Kulturen angetan – neben Merkur, Venus, Saturn, Jupiter und Neptun. Aufgrund seiner Farbe, die durch eine Eisenoxidschicht hervorgerufen wird, machten ihn die Römer zum Kriegsgott. 

Erst in unserer Zeit stellte sich heraus, dass der Mars ein erdähnlicher Planet ist, der obendrein gefrorenes Wasser enthält. So weckte Mars bald ganz andere Fantasien: Was, wenn der Mars als extraterrestrischer Wohnsitz dienen würde? Sei es für astrobiologische Wesen, sei es für Erdlinge mit sich verknappenden irdischen Ressourcen.

Nun, die vermuteten „Marsianer“ oder „Marsmenschen“ wurden nie gefunden, aber an Vorstellungen, wie man den Mars für Erdbewohner zugänglich machen könnte, fehlt es bis heute nicht. 3D-Drucker spielen dabei eine nicht unwesentliche Rolle.

Vom Donut über die Molluske zum Ice-House. So sehen die 30 besten Design-Vorschläge für Mars-Habitate aus.

So könnte der Mars kultiviert werden.

Die private niederländische Stiftung MarsOne möchte das erste Menschheitsdorf gründen.

Das private amerikanische Unternehmen Blue Origin will mithilfe von wiederverwendbaren Raketen die Menschen an den Rand des Weltraums befördern. 

 

IR HiREL auf Tuchfühlung mit Space-VIPs und -Celebrities

Die Liste an Projekten, bei denen Produkte von IR HiRel zum Einsatz kamen, liest sich wie das Who-is-Who der jüngeren Weltraumgeschichte. Zu den „very important projects“ und Space-Celebrities zählen zum Beispiel: Curiosity, Hubble, Gaia, Iss und New Horizons – um nur einige zu nennen. Hier geht's zur Übersicht.

Social media goes outer space

Planeten und Missionen sind heute selbst Berühmtheiten. Sie haben Millionen Fans in den sozialen Netzwerken und namhafte Unterstützer. New Horizons zum Beispiel kann auf den ehemaligen Lead-Gitarristen der Rockgruppe Queen, Brian May, zählen. Dieser ist promovierter Astrophysiker und offizieller Scientific Collaborator.

Trotzdem machte Curiosity den Mars zum stärksten Planeten im Twitter-Universum. Mit über 2,2 Mio. Followern auf Twitter und 1,1 Mio. Followern auf Facebook hat Curiosity New Horizons mit „nur“ 414 Tsd. Twitter-Followern und „nur“ 272 Tsd. Facebook-Freunden abgehängt.

Curiosity auf Twitter und Facebook
New Horizons auf Twitter und Facebook

Peter Theisinger und Richard Cook, verantwortliche Leiter des Curiosity-Projekts, schafften es unter die 100 einflussreichsten Menschen im Time Magazine 2013 – Kategorie: Pioniere, was sonst?

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