Licht ins Dunkel bringen – tecnotron geht mit auf die Reise ins All

Sie gilt als höchst anspruchsvolle Mission der Menschheit und sucht nach Erkenntnissen, die uns auf die Entwicklung des Größtmöglichen, des Alls, führen sollen. Wenn im Herbst 2018 eine russische Sojus-Rakete das eROSITA-Teleskop zur Erforschung der Dunklen Materie in die Tiefen des Weltraums trägt, das die Ausdehnung des Weltraums nachweisen will, ist auch die tecnotron elektronik GmbH aus dem bayerischen Weißensberg mit an Bord – mit mehr als 100 von ihr entwickelten und gefertigten Leiterplatten.

Auf Erfahrungen entwickelt und gebaut

Was dem menschlichen Auge versagt ist, macht die Technik wett: Mit weitaus empfindlicheren Röntgenbilddetektoren ausgestattet, als dies bei vorherigen Missionen bislang möglich war, wird das eROSITA-Teleskop sieben unabhängige Kameras mit hoher spektraler und räumlicher Auflösung mit sich führen. Die vor ihnen angebrachten, parallel ausgerichteten Spiegelsysteme werden das sichtbare Licht filtern und die Signale der Röntgenquanten zu deuten wissen.

Damit die so eingefangenen Bildinformationen aus einer Entfernung von 1,5 Millionen Kilometern gesichert übertragen und ausgewertet werden können, versehen auch Leiterplatten von tecnotron auf dem Röntgenteleskop ihren Dienst. „Rund fünfzehn verschiedene Leiterplattenarten wurden von uns entwickelt, die meisten davon in den sieben identischen Elektronikboxen unter den Spiegeln verbaut“, erinnert sich Karl-Heinz Strohmaier, ehemaliger tecnotron-Geschäftsführer. Der Auftrag für das noch unter seiner Ägide konstruierte Leiterplatten-Design wurde 2010 vom MPE, dem Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, erteilt. Dies geschah nicht zuletzt, da die Weißensberger Elektronik-Spezialisten schon vor Jahren an gleichlautenden Projekten wie denen der Raumfahrtmissionen „ROSAT“ und „XMM“ mitgewirkt hatten.

Elektronik im All: Funktionssicherheit ist oberstes Gebot

Bis man Anfang dieses Jahres das geforderte Leiterplatten-Design und das weltraumbeständige Leiterplattenkontingent  fristgerecht an das MPE lieferte, waren etliche Disziplinen zu erfüllen. Sowohl die reibungslose Steuerung des Teleskops über etliche Jahre, wie auch das Detektieren und Speichern der im All aufgenommenen Signale mussten sichergestellt sein. Eine äußerst aufwändige Elektronik war gefordert, wie sich schon bald herausstellte. Vorgegebene ESA-Spezifika-tionen an das Design, insbesondere an die Langzeitverlässlichkeit und die Aufnahme technischer Neuerungen, waren eine Herausforderung, der sich die Entwicklungsabteilung der tecnotron zu stellen verstand. So gelang es, Technologien für Microvias, Burried Vias und Leiterstrukturen von nur 150 µm zu integrieren. Selbst CGA-Bauteile mit bis zu 1.152 Anschlüssen fanden ihren Platz.

„Die bei Leiterplatten im Betriebszustand erzeugte Wärme im luftleeren All abzuleiten, gestaltet sich anders als unter normalen atmosphärischen Bedingungen, wie sie auf der Erde gegeben sind“, erläutert Alex Weyerich, einer der beiden tecnotron-Geschäftsführer der zweiten Unternehmergeneration, „ohne den umgebenden natürlichen Wärmeleiter ist jahrelanges Wissen erforderlich, wie vollflächige Thermalplanes und –vias diese Aufgabe übernehmen, trotz der im Weltraum vorherrschenden Minusgrade von 150 Grad Celsius und mehr. Diese und andere Sicherheitskriterien zu erfüllen, sind eine Herausforderungen an unsere Ingenieure, zuverlässige Weltraumelektronik bedarfsgerecht zu entwickeln.“

Rund sieben Jahre soll die systematische Suche, der Nachweis schwarzer Löcher in nahen und fernen Galaxien dauern. Auch die Existenz von heißem, intergalaktischem Gas aufzuzeigen gehört zu der Mission. So will man die großräumige Struktur des Kosmos und dessen Entwicklung ertasten. Ebenso erhofft man sich wissenschaftlich erhellende Erkenntnisse über die Dunkle Energie.

Mit auf die spannende Technologiereise nahm man die Elekonta Marek GmbH, ein Spezialunternehmen aus dem württembergischen Gerlingen, das sich der Herstellung von Leiterplatten höchster Güte und Zuverlässigkeit, insbesondere für den Betrieb unter extremen Bedingungen auf die Fahnen schreibt. „Wir stehen seit Jahrzehnten mit tecnotron im fachlichen Dialog. Wie in der Vergangenheit haben wir auch hier eine spezielle Leiterplatte entwickelt und gefertigt, die die Anforderungen an eine langjährige Weltraummission zuverlässig erfüllt“, äußert sich Elekonta-Geschäftsführer Lars Presche. Dass man sich bei tecnotron auf die von Elekonta gefertigten Bauteilträger verlassen kann, davon zeugen Ergebnisse gemeinsamer Vergangenheit: Als am 12. November 2014, gegen 19.03 Uhr mitteleuropäischer Zeit, die Raumsonde „Philae“ auf dem Eiskometen Tschurjumow-Gerasimenko landete, trugen auch die von Elekonta für tecnotron gefertigten Leiterplatten zum Gelingen bei. Sie offenbarten, als Bestandteil des Kamerasystems, der Menschheit die ersten Bilder von einem Eisgebilde, das Aufschluss über die Entstehung des Sonnensystems geben sollte.

„Für uns ergibt sich bei der Bewältigung derartiger Aufgaben in gewisser Hinsicht so etwas wie der allgemein bekannte „Teflon-Effekt“, bei dem wir unsere Erkenntnisse sinnstiftend auch für andere, eher irdische Projekte einbringen können“, resümiert Alex Weyerich, im Hinblick auf neue Herausforderungen in der Hightech-Elektronik, „auch für uns war das Projekt spannend und erfolgreich zugleich.“

BILDMOTIVE:

a) Sieben auf einen Streich: Einem Kraken ähnlich windet sich das informationsgebende Leitungssystem um die sieben identischen Elektronikboxen mit den integrierten tecnotron-Bau-gruppen zur Kamerakonstruktion. Sie befinden sich unterhalb der Röhrenoptik des eROSITA-Teleskops.

b) Gutes Verhältnis zum Weltraum, Anschluss garantiert: Insgesamt 15 verschiedene Leiterplattenversionen umfasste das Projekt für tecnotron. Wie komplex die Layouts ausfielen, ist beispielsweise an der Integration des Virtex 4 FPGA, das hier mit 1.152 Anschlüssen als CGA-Bauteil operiert, zu sehen. Sieben derartige Baugruppen fanden ihren Platz auf dem eROSITA-Teleskop.

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