Einzigartige Testkammer für CHEOPS ist da!

Eine schweizweit einmalige Vakuumkammer in einem nigelnagelneuen Labor erwartet jetzt das Weltraumteleskop CHEOPS am Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern. Darin werden Experten das Instrument unter Weltraumbedingungen prüfen und eichen.

Mit fünfeinhalb Tonnen ist die Kalibrations- und Vakuumkammer des Weltraumteleskops CHEOPS schwerer als ein geladener Kleinlaster. Und bequem fände ein Mensch Platz in dem drei Meter langen und zwei Meter hohen Zylinder. Von ihrer Grösse und Komplexität ist diese Testkammer in der Schweiz einzigartig. Darin werden Fachleute des Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern das kleine Teleskop mit den grossen Ambitionen unter Weltraumbedingungen testen und kalibrieren.

Bereits seit Wochen sehnten sich die Berner Weltraumforscher nach der Anlieferung der riesigen Vakuumkammer, die sie bei Pfeiffer Vacuum Schweiz AG bestellt hatten. Trotz zunehmendem Zeitdruck geduldeten sie sich so lange, um der Kammer genügend Zeit zum „ausgasen“ zu gewähren: Experten hatten sie in Göttingen D bei Trinos bereits zusammengebaut, in Betrieb genommen und wochenlang auf 160 Grad erhitzt – der Innenanstrich darf für die geplanten Tests von optischen Komponenten keine chemische Substanzen mehr entweichen lassen. Dann zerlegten die Fachleute die Kammer wieder in zwei Teile und liessen sie vor wenigen Tagen per Anhängerzug samt Doppelschrank grossem Temperiersystem sowie weiterem Zubehör nach Bern transportieren.

Am Berner Weltraumforschungszentrum angelangt, dauerte es noch über vier Stunden bis die mitgereisten technischen Experten mit Helfern des Berner CHEOPS-Teams die beiden tonnenschweren und sperrigen Hälften der Kammer durch die schmalen und verwinkelten Gänge geschleust hatten. Am meisten Sorgen bereitete dem Team der Warenlift – passen die Teile wirklich da rein? «Als die erste Kammerhälfte endlich vor dem CHEOPS-Labor stand, fiel mir ein Stein vom Herzen», kommentiert CHEOPS-Projektleiter Christopher Broeg die schweisstreibende Aktion.

Am nächsten Tag nahm das Team die richtige Platzierung und den Zusammenbau der Kammerhälften und des weiteren Zubehörs im CHEOPS-Labor im Angriff. Die Experten versahen alle Dichtstellen mit Kupfer-, Helicoflex- und Gummidichtungen.

Nun stehen noch ein Leckratentest und die Inbetriebnahme des kompletten Systems bevor. Dann werden die Fachleute noch einen vollen Funktionstest der Anlage mit Vakuumkammer, Rohr- und Pumpsystem sowie zwei Temperiersystemen durchführen.

Das erste Temperiersystem wälzt Flüssigkeit um und heizt oder kühlt sie auf eine vorgegebene Temperatur. Diese reicht von minus 80 bis plus 160 Grad Celsius. Mithilfe eines Wärmetauschers wird die gewählte Temperatur auf die Flüssigkeit eines zweiten Systems übertragen. Diese durchströmt ein Rohrsystem welches die gesamte Innenfläche der Kammer belegt. Die Flüssigkeiten, die durch diese Systeme fliessen, stehen unter Druck (bis zu 12 bar), um bei Temperaturen zwischen 90 und 160 Grad ein Sieden zu verhindern.

Anschliessend wird die Anlage während den kommenden Wochen nochmals auf 160 Grad geheizt, um ein restloses Ausgasen zu gewährleisten. Dann wird eine spezialisierte Reinigungsfirma die Kammer und das ganze CHEOPS-Labor zum Reinraum umwandeln. Von da an werden nur noch «vermummte» Mitarbeiter mit spezieller Schutzkleidung, Handschuhe und Mundschutz das CHEOPS-Labor betreten dürfen.

Spätestens diesen Sommer werden Experten des Berner CHEOPS-Teams in der Kammer mit Struktur- und Elektronikbestandteilen des CHEOPS Teleskops sogenannte Temperaturzyklen fahren: Sie werden die Instrumentenkomponenten im Vakuum abwechselnd Temperaturen von minus 80 bis plus 140 Grad aussetzen. Diese unsanfte Behandlung ist Teil der Standardtests für Raumfahrtinstrumente.

Das Strukturmodell von CHEOPS wird diese Tests im Sommer 2015 durchlaufen müssen. Das komplett zusammengebaute Fluginstrument wird anfangs 2016 an der Reihe sein.

Zum ersten Mal ist die Schweiz zusammen mit der ESA nicht nur für ein Instrument oder Teile davon verantwortlich, sondern für eine ganze Mission. Um diese Herausforderung zu meistern, bündeln nun Schweizer Forscher, Ingenieure und Industrie ihre langjährigen fachlichen Kompetenzen und Erfahrung zum Bau weltraumtauglicher Hightech-Instrumenten zusammen. Aktuell arbeitet das Projektteam unter Hockdruck. «Der Start von CHEOPS ist bereits für Ende 2017 vorgesehen», sagt Astrophysiker Willy Benz, der am Center for Space and Habitability der Universität Bern die Federführung der CHEOPS-Mission inne hat. «Wir sind im Zeitplan, wir müssen jedoch am Ball bleiben.»

Herausforderungen der CHEOPS Mission

In benachbarten Sonnensystemen existieren unzählige Planeten. Bereits in weniger als drei Jahren soll das Schweizer Weltraumteleskop CHEOPS beginnen, deren Eigenschaften zu erkunden. Zuvor mussten sich Wissenschaftler auf genauere Charakterisierungen von Planeten unseres Sonnensystems beschränken. Nun können sie Planeten untersuchen, die einen mehrere Lichtjahre entfernten Stern umkreisen.
So wird die Mission CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite) unter Berner Leitung den Durchmesser von bereits entdeckten Exoplaneten mithilfe der sogenannten Transitmethode bestimmen: Wandert ein Planet vor seinem Stern durch, nimmt dessen Helligkeit wegen des Schattens des Planeten ab. Aus dieser Abnahme der Helligkeit lässt sich der Durchmesser des Planeten ableiten.
Mit erdstationierten Instrumenten und einer weiteren Methode – Radialgeschwindigkeitsmethode genannt – kann die Masse von Planeten bestimmt werden. Kombiniert man beide Methoden, erhält man Durchmesser und Masse eines Planeten. Damit kann man dann dessen Dichte berechnen. Diese wiederum gibt Hinweise, ob der Planet aus Gas, Eis oder Stein besteht. So könnte CHEOPS dazu beitragen, eines Tages einen erdähnlichen Planeten zu entdecken.

 

CHEOPS Labor – aktuelle Ausstattung

Reinraumca. 7 x 8 Meter
Umkleideraum mit Schleuse ca. 5 x 5 m
Maschinenraumca. 3 x 5 m
Vakuumkammer Unikat von Pfeiffer Vacuum
- Aussendurchmesser2 Meter (zylindrisch)
- Länge3 Meter
- Gewicht5.5 Tonnen
Temperiersystem (kühlen, erhitzen) Huber Unistat 915w, 950w
Gewicht2.3 tonnen
Vorlauftemperatur-80°C bis +160°C
Leitungslänge (Hin- und Rücklauf) ca. 15 Meter
Rohrsystem aus rostfreiem Stahl
2017-06-22T10:13:17+00:00

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