Beschichtete Laserkristalle verbessern Erdbeobachtungsmissionen
Die Erdbeobachtung ist unser ‚Auge am Himmel‘ zur Überwachung unseres Planeten und seiner Umwelt. Sie ist auch ein wichtiges Instrument im Kampf gegen den Klimawandel. Mithilfe von Satelliten am Himmel und In-situ-Sensoren am Boden helfen uns Erdbeobachtungssysteme wie das europäische Copernicus-Programm, den Meeresspiegel zu überwachen, genaue Wettervorhersagen zu treffen und die biologische Vielfalt zu schützen. „Weltraumgestützte Erdbeobachtungsmissionen sind unerlässlich, um die Daten zu gewinnen, die wir brauchen, um unseren Planeten zu verstehen“, erklärt Peter Wessels, Wissenschaftler am Laser Zentrum Hannover (LZH). „Werden diese Missionen mit Laserinstrumenten auf Alexandritbasis ergänzt, eröffnen sich neue Möglichkeiten zur Überwachung der Atmosphäre oder der Planetenoberfläche.“ Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts GALACTIC hat das LZH zusammen mit Altechna und Optomaterials eine europäische Lieferkette für weltraumqualifizierte, hochleistungsfähige und qualitativ hochwertig beschichtete Alexandrit-Laserkristalle aufgebaut – eine wichtige Technologie für die Zukunft der Erdbeobachtungsmissionen.
Alexandrit-Kristalle für die Erdbeobachtung
Alexandrit wird häufig als Smaragd bei Tag und als Rubin bei Nacht bezeichnet und ist ein Chrysoberyll-Mineral. Abgesehen von seiner einmaligen Eigenschaft zur Farbveränderung bietet Alexandrit aber auch einige einzigartige Vorteile für die Erdbeobachtung. Alexandrit-Kristalle erlauben beispielsweise eine einstellbare Laserwellenlänge, sodass eine Messung bei einer für die gewünschte Information spezifischen Wellenlänge möglich ist. Dadurch sind sie ausgezeichnete Kandidaten für die Erfassung der Atmosphäre und der Vegetation mithilfe von Lasererfassung und Entfernungsmessung („LiDAR“), um wichtige atmosphärische Parameter, den Gesundheitszustand der Wälder und die Biomasse zu bewerten. LiDAR ist eine Fernerkundungsmethode, die mithilfe von Licht in Form eines Impulslasers Entfernungen zur Erde misst. Die Emission der Alexandrit-Kristalle birgt zudem den Vorteil, dass sie sich leicht in ultraviolettes Licht umwandeln lässt. „Diese Wellenlänge hilft, unsere Atmosphäre direkt zu charakterisieren und Windgeschwindigkeiten zu messen, was wiederum zur Verbesserung der Wettervorhersage beitragen kann“, fügt Wessels hinzu.
Leistung und Beständigkeit sicherstellen
Trotz dieser Vorteile bleibt die Verwendung von Alexandrit-Kristallen aufgrund einer Reihe von Herausforderungen begrenzt. Bei der Verwendung im Weltraum sind Alexandrit-Kristalle beispielsweise rauen und potenziell schädigenden Bedingungen ausgesetzt, einschließlich hoher Temperaturschwankungen und starker Strahlenbelastung. Um ihre Beständigkeit zu gewährleisten, wurden die beschichteten Alexandrit-Kristalle des Projekts unter realistischen Bedingungen für Erdbeobachtungsmissionen getestet. Die GALACTIC-Kristalle erwiesen sich als außerordentlich robust gegenüber den Auswirkungen ionisierender Strahlung und Temperaturschwankungen. Infolgedessen sind die Kristalle nun ‚weltraumqualifiziert‘, d. h. sie können als Komponenten für Erdbeobachtungssatelliten angeboten werden. „Unsere synthetisch beschichteten Alexandrit-Laserkristalle werden komplett in der EU hergestellt und sind mit den modernsten außereuropäischen Kristallen auf dem Markt vergleichbar oder übertreffen diese sogar“, so Wessels. „Damit haben wir nicht nur das grundlegende Ziel des Projekts GALACTIC erreicht, sondern auch dazu beigetragen, die europäische Weltraumindustrie resilienter zu gestalten.“
Schlüsselbegriffe
GALACTIC, europäische Raumfahrt, Laserkristalle, Erdbeobachtung, Alexandrit-Laserkristalle, Klimawandel, Satelliten, Copernicus, LiDAR