Laser erkunden den Merkur

Über den Merkur weiß man bisher nicht viel. 2013 will die Europäische Weltraumbehörde ESA daher zwei Raumsonden starten, die seine Oberfläche genau erfassen sollen. Bei der Mission könnte ein Diodenlasermodul aus Fraunhofer-Laboren dabei sein.

Er ist der kleinste und sonnennächste Planet unseres Sonnensystems: der Merkur. Bislang weiß man wenig über ihn, lediglich die Sonde Mariner 10 stattete dem Planeten vor gut dreißig Jahren einen Besuch ab. Etwa die Hälfte seiner Oberfläche ist dabei fotografisch erfasst worden. Im August 2004 schickte die NASA die Sonde »Messenger« auf die Reise zum Merkur, und für 2013 plant auch die Europäische Weltraumbehörde ESA den Start zweier Raumsonden. Ziel dieser ESA-Mission namens BepiColombo ist unter anderem, den Merkur zu kartieren. Wo sind Krater und Steilhänge, wie tief und groß sind sie? Helfen soll dabei ein Laser-Altimeter: Es schickt einen Laserstrahl auf die Oberfläche des Planeten, der dort reflektiert und zurückgestrahlt wird. Über die Dauer, die der Lichtpuls für diesen Weg braucht, lässt sich berechnen, wie weit die Oberfläche entfernt ist. So wollen die Experten eine dreidimensionale Karte erstellen.

Für diese Laserkartierung haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT in Aachen im Auftrag der TESAT Spacecom GmbH & Co. KG den Prototypen eines Diodenlaser-Pumpmoduls aufgebaut: Es ist robust genug, um die Strapazen der Reise und die extremen Weltraumbedingungen zu überstehen (Abb.). »Die wesentliche Aufgabe bestand darin, das Lasermodul möglichst leicht und kompakt zu gestalten – bei möglichst großer Leistung«, sagt Martin Traub, der die Entwicklung am ILT geleitet hat. Das Lasermodul wiegt lediglich 650 Gramm und ist 15 mal 5 mal 5 Zentimeter klein. Auch die Leistung ist mit 530 Watt recht hoch. Erhalten die Fraunhofer-Forscher den Zuschlag für die Weltraummission, soll der Laser durch die Wahl anderer Materialien sogar noch leichter werden. Zum Vergleich: Üblicherweise sind diese Laser so groß wie ein Schuhkarton und wiegen etwa 5000 Gramm.

Eine weitere Herausforderung: »Auf der Erde kühlt man Diodenlaser dieser Leistungsklasse mit Wasser, was im All nicht möglich ist. Daher wird die Wärme bei unserem Lasermodul durch Wärmeleitung an die Oberfläche des Satelliten transportiert und dort abgestrahlt«, sagt der Experte. Da die Dioden eines Lasers im Vakuum nicht so zuverlässig arbeiten wie bei Atmosphärendruck, haben die Forscher das Lasermodul so entworfen, dass sich die Außenverkleidung luftdicht verschließen lässt. »TESAT ist in der Lage, solche Module mit Luft oder anderen Gasen zu füllen und im Inneren des Lasers eine künstliche Atmosphäre zu erschaffen, die mehrere Jahre lang erhalten bleibt«, sagt Traub.

Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft

Weitere Infos:

• Fraunhofer-Gesellschaft:
  http://www.fraunhofer.de
• Fraunhofer-Institut für Lasertechnik – ILT:
  http://www.ilt.fraunhofer.de