Seit dem Sommer 2015 absolviert die fliegende Sternwarte SOFIA, ein Gemeinschaftsprojekt
der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), ihre Einsätze mit einer neuen Ausrüstung: dem Ferninfrarot-Spektrometer
upGREAT. Das für die effiziente Nutzung des Flugzeugteleskops erforderliche Kühlsystem wurde vom TransMIT-Zentrum für Adaptive Kryotechnik und Sensorik entwickelt und bildet so das Herzstück dieses Kryostaten. Anlässlich der
19. Internationalen Cryocooler Fachkonferenz in den USA wurde dieses neuartige Kühlsystem im vergangenen Jahr dem wissenschaftlichen Publikum präsentiert
und Bilanz gezogen. Die Ergebnisse wurden nun in einem Konferenzband veröffentlicht.
Das Flugzeugteleskop SOFIA (Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie) bietet eine Plattform für die Radioastronomie bei Infrarotfrequenzen im
Terahertz-Bereich. upGREAT ist eine Weiterentwicklung des Ferninfrarot-Spektrometers GREAT („German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies“),
mit dem seit 2011 erfolgreiche Wissenschaftsflüge mit SOFIA durchgeführt werden. So konnte mit Hilfe der spektral hochauflösenden GREAT-Detektoren
an Bord von SOFIA bereits mit einem Pixel atomarer Sauerstoff in der Marsatmosphäre aufgespürt werden.
Gegenüber dieser Leistungsfähigkeit des Vorgängerdetektors kommen im Nachfolgeprojekt upGREAT statt nur einem Pixel nun zwei Arrays mit jeweils sieben
Pixel, also insgesamt 14 Detektoren zum Einsatz. Damit erreicht das unter der Projektleitung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) in
Bonn entwickelte upGREAT eine rund 20-fach höhere Beobachtungseffizienz. Für den reibungslosen Einsatz der Instrumente sowie der damit einhergehenden
erfolgreichen Durchführung der Wissenschaftsflüge ist jedoch die Bereitstellung extrem tiefer Temperaturen unabdingbar. Ermöglicht wird dies durch
ein eigens zu diesem Zweck vom Gießener TransMIT-Zentrum für Adaptive Kryotechnik entwickeltes Kühlsystem, welches konstant Temperaturen nur wenige
Grade über dem absoluten Nullpunkt gewährleistet.
„Der ursprüngliche Detektor mit nur einem Pixel wurde mit flüssigem Helium gekühlt. Für das Nachfolgeprojekt upGREAT wurde der Bedarf an Kühlleistung aber
so groß, dass die Heliumkühlung für einen ganzen Flug ohne Nachfüllen nicht mehr praktikabel ist“, erläutert Dr. Jens Falter, Projektmanager Cryocooler
Systems des TransMIT-Zentrums für Adaptive Kryotechnik. „Als Alternative kommt hier nun unser in der Praxis bereits vielfach bewährter TransMIT-Pulsrohrkühler
als maßgeschneiderte Lösung für den Flugeinsatz zur Anwendung. Dieser Typ von Kühler zeichnet sich insbesondere durch das Fehlen von bewegten Teilen
im Kaltteil aus. Wir freuen uns sehr, dass wir zum Gelingen dieses richtungsweisenden Projektes beitragen dürfen.“
Dr. Christophe Risacher, upGREAT-Projektleiter vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), unterstreicht ebenfalls die grundlegende Rolle des
Kühlsystems für das Funktionieren und die Leistungsfähigkeit des gesamten Flugzeug-Observatoriums: „Astronomische Beobachtungen mit Infrarot-Teleskopen
benötigen sehr tiefe und stabile Temperaturen. Mit dem zweistufigen Pulsrohrkühler der TransMIT kommt bei upGREAT erstmals ein derartiges geschlossenes
Kryo-Kühlsystem im Flugzeug dauerhaft zum Einsatz. Das auch für weitere Teleskope und generelle Kryoanwendungen bestehende Problem der Heliumknappheit
konnte so nachhaltig gelöst werden. Damit setzt die fliegende Sternwarte SOFIA auch für künftige Missionen Maßstäbe.“
