Plasmasensor für Wetter- und Klimaprognosen
MIT-Wissenschaftler entwickeln kostengünstiges Verfahren zur einfachen Massenproduktion
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Schematischer Aufbau eines neuen Plasmasensors für Kleinsatelliten (Bild: mit.edu) |
Cambridge (pte019/27.07.2022/12:30)
Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) http://mit.edu haben ein Verfahren vorgestellt, mit dem sich sogenannte Cube-Sats, würfelförmige Billigsatelliten für Wetter- und Klimaprognosen, deren Kantenlänge oft nicht mehr als zehn Zentimeter beträgt, günstiger herstellen lassen. Sie könnten mit preiswerten Plasmasensoren ausgestattet werden, die Daten erfassen und weiterleiten. Sensoren dieser Art lassen sich bisher nur in Reinräumen in einem zeitaufwendigen Prozess herstellen.
Masseneinsatz verbessert Daten
Plasmasensoren messen, gemäß ihrer Bezeichnung, Dichte und Temperatur von Weltraumplasmen sowie die Verteilung von Elektronen und Ionen im All. Daraus lassen sich Rückschlüsse für die Situation auf der Erde schließen. Je mehr Satelliten mit derartigen Sensoren ausgestattet sind, desto genauer werden die Datensätze.
Die Forscher haben die Sensoren auf Basis eines glaskeramischen Materials entwickelt, das haltbarer ist als herkömmliche Werkstoffe wie Silizium. Dieses Material nutzen sie in einem Herstellungsprozess, der ursprünglich für den 3D-Druck mit Kunststoffen entwickelt wurde. So gelangen Sensoren mit komplexen Formen, die den breiten Temperaturschwankungen standhalten, denen ein Raumfahrzeug in einer niedrigeren Erdumlaufbahn ausgesetzt ist.
Geladene Netze lassen nur Ionen durch
"Die additive Fertigung schlägt ein ganz neues Kapitel bei der Herstellung von Hardware für Weltraummissionen auf", sagt Luis Fernando Velásquez-García, leitender Wissenschaftler in den Microsystems Technology Laboratories http://mtl.mit.edu des MIT. Die Sensoren enthalten eine Reihe elektrisch geladener Netze. Strömt Plasma hindurch, werden Elektronen und andere Teilchen entfernt, bis nur noch Ionen übrig sind. Diese erzeugen einen elektrischen Strom, den der Sensor misst und analysiert.
Der Schlüssel zum Erfolg eines solchen Sensors ist die Gehäusestruktur, die die Netze ausrichtet. Sie muss elektrisch isolierend sein und plötzlichen drastischen Temperaturschwankungen standhalten. Die Forscher haben das bedruckbare Glaskeramikmaterial Vitrolite genutzt, das diese Eigenschaften aufweist. Bisher wird es vorzugsweise in bunten Fliesen für Art-Deco-Gebäuden verwendet. Das Material kann Temperaturen von bis zu 800 Grad Celsius standhalten, während Polymere, die in herkömmlichen Plasmasensoren zum Einsatz kommen, spätestens bei 400 Grad Celsius zu schmelzen beginnen.
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