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Mikroventile auf dem Weg ins All

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28 Siliziumventile

Bei der Erhebung dieser Daten spielt der Lander „Philae“ eine tragende Rolle. „Mit einem Bohrer werden Materialproben unter der Oberfläche gewonnen und in Massenspektrometern oder Gaschromatografen analysiert, um das ursprüngliche Material unseres Sonnensystems zu charakterisieren“, berichtet Prof. Dr. Berndt Feuerbacher, Direktor des Instituts für Raumsimulation des DLR. Das Innere des Kometenkerns werde mit einem Penetrator, mit Ultraschall und Mikrowellen-Tomografie untersucht.

Ein genauerer Blick auf den Lander lohnt sich: Er ist bepackt mit 28 Ventilen, die von Hoerbiger für extreme Bedingungen entwickelt wurden.

„Jedes Ventil wiegt weniger als 2 g und ist für einen Temperaturbereich von -60 bis 220 °C ausgelegt“, erläutert Dr. Jochen Schaible, federführender Projektmanager. Es handelt sich um 2/2-Wege-Siliziumventile, die monostabil und stromlos offen sind. Ihre Abmessungen liegen bei 10 mm ×16 mm ×5,4 mm. Die Ventile, die sich in einem cappuccinofarbenen Gehäuse aus Kunststoff befinden, haben dabei ein Totvolumen von weniger als 50 µl und eine Schaltzeit von 1 ms. „Die Ventile müssen äußerst leicht und kompakt sein, dürfen kaum Energie verbrauchen und müssen möglichst leckagearm arbeiten“, ergänzt Dr. Fred Goesmann vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS).

Den Ventilen kommt eine immens wichtige Aufgabe zu: Sie regeln die Gasströmung im Analyseprozess und fungieren als Steuerventil für den Gaschromatografen. Das gasförmige Stoffgemisch wird mit einem Injektor zunächst in einen Strom von Trägergas eingebracht, das durch ein System von dünnen Edelstahl- und Quarzglasröhren, die Kapillaren, strömt. „Innen sind die Kapillaren mit einem speziellen Material beschichtet, das mit den vorbeifliegenden Molekülen in unterschiedlicher Weise reagiert und diese dabei bremst“, so die offizielle Erklärung von Hoerbiger.

Dies führe zu charakteristischen Durchgangszeiten für jeden Molekültyp. Am Ende der Kapillaren ist eine Detektoreinheit angebracht, die Informationen über die Beschaffenheit der gefundenen Moleküle liefert. Die weitere Analyse übernimmt ein an das System angeschlossener Massenspektrograf.

Der Hersteller Hoerbiger ist das, was man einen Weltraumpionier nennen könnte. Als Industriepartner des Instituts für Mikro- und Informationstechnik der Hahn-Schickard-Gesellschaft e. V. (HSG-IMIT) habe das Unternehmen schon früher als andere Forschungs- und Entwicklungsprojekte auf dem Gebiet der Mikrosystemtechnik angestoßen, sagt Projektmanager Schaible. Basierend auf den Arbeiten des HSG-IMIT habe man 2002 ein Siliziumventil zur Serienreife gebracht. „Dieser Typ entsprach letztlich den Anforderungen des MPS“, ergänzt Schaible.

Die Mission von Rosetta ist noch nicht vorbei, sie wurde noch einmal um neun Monate bis September 2016 verlängert. Am Ende wird es – so hofft die Europäische Raumfahrtagentur ESA – ein grandioses Finale geben: Rosetta selbst soll auf dem Kometen landen und damit seinem Landegerät Philae folgen. Nach zwölf Jahren endet die Mission dann mit einem Paukenschlag – und vielleicht auch mit weiteren Antworten über den Ursprung des Lebens auf der Erde und zur Frühzeit des Sonnensystems. MM

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