30 Juli Nanostrukturen versprechen bessere Wettervorhersagen
Am 1. Juli 2025 startete die Europäische Weltraumorganisation ESA den Satelliten MTG-S1 aus der dritten Generation der Meteosat-Reihe. Der geostationäre Satellit soll die Genauigkeit der Wettervorhersagen für Europa erheblich verbessern. MTG-S1 führt mehrere wissenschaftliche Instrumente mit sich, darunter das Spektrometer Copernicus Sentinel-4. Nach Aussage der Forschenden erfasst dieses Instrument stündlich detaillierte Daten über die dreidimensionale Verteilung von Spurengasen wie Ozon, Stickstoffdioxid und Schwefeldioxid sowie Aerosole in der Atmosphäre Europas. Ein wesentlicher Bestandteil dieses Spektrometers ist ein hochpräzise Reflexionsgitter des Fraunhofer Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF.
Vom UKP-Laser ins Weltraumspektrometer
„Die verwendete Technologie basiert ursprünglich auf Gittern zur Kompression ultrakurzer Laserpulse“, erklärt Dr. Falk Eilenberger, Leiter der Abteilung Mikro- und Nanostrukturierte Optik am Fraunhofer IOF. „Unser Ziel war es, extrem robuste Gitter mit höchster Reflektivität und gleichzeitig hoher Winkeldispersion sowie geringer Polarisationsabhängigkeit zu entwickeln.“ Die Herstellung der Präzisionsgitter erfolgt nach Angaben der Forschenden in mehreren Schritten. Zunächst werden verschiedene dielektrische Schichten auf einem Substrat aufgebracht, wobei die oberste Schicht aus Siliziumdioxid (SiO₂) besteht. Danach wird mit Elektronenstrahllithografie und reaktivem Ionenätzen eine Nanostruktur erzeugt. Anschließend erfolgt eine lithografische Beschichtung mit schwarzem Chrom für die Apertur, bevor das Bauteil in seine sechseckige Form geschnitten und auf wenige Mikrometer genau montiert wird.
Das Rasterelektronen-
mikroskop zeigt die
besondere Nanostruktur
des NIR-Gitters für das
Sentinel-4-Instrument. Bild: Fraunhofer IOF
Weltraumtechnologie aus Deutschland
Die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IOF verfügen nach eigenen Angaben über jahrzehntelange Erfahrung und ein umfangreiches Portfolio an weltraumzertifizierten Technologien. Eilenberger: „Die vielfache Beteiligung des Fraunhofer IOF an verschiedenen Space-Missionen zeugt vom fortlaufenden Aufbau entsprechenden Know-hows. Einige der eingesetzten Verfahren wurden gezielt für spezielle Missionen entwickelt und qualifiziert. Dabei zeichnet uns aus, dass vom Design über die Fertigung bis hin zur Systemintegration alle erforderlichen Prozessschritte direkt hier vor Ort am Fraunhofer IOF umsetzbar sind.“ Für die für 2027 geplante ESA-Mission ‚Forum‘ entwickelte das Institut beispielsweise einen Strahlteiler aus Diamant mit spezieller entspiegelnder Nanostruktur. Für die CO2M-Mission, ebenfalls eine ESA-Initiative, liefert das Fraunhofer IOF Spektrometeroptiken, jeweils bestehend aus einem Gitter und zwei Prismen. Diese Komponenten wurden über plasmaaktivierte Oberflächen ohne Zwischenschicht gefügt.
Quelle und Bild: www.iof.fraunhofer.de