Die Technologie, die es den Menschen seit Generationen ermöglicht, die Grenzen des Machbaren zu verschieben, hat mit der erfolgreichen Inbetriebnahme eines Weltraumteleskops der Spitzenklasse einen neuen Höhepunkt erreicht. Das James-Webb-Weltraumteleskop wird in die Zeit der Entstehung der ersten Sterne und Galaxien vor mehr als 13,5 Milliarden Jahren zurückblicken.

„Die Ingenieure und Wissenschaftler, die vor vielen Jahren mit der Arbeit am James-Webb-Weltraumteleskop begonnen haben, können nun endlich die Früchte ihrer Arbeit ernten“, so Jason Clark, Leiter der Raumfahrt- und Avioniksystemteams unseres Unternehmens. „Die Technik und der Erfindergeist, die in das Teleskop geflossen sind, sind höchst bemerkenswert. Es ist großartig, zu wissen, dass Halbleiterbauelemente aus unserem Unternehmen eine Rolle in diesem unglaublichen Teleskop spielen. Das ist eine wirklich bedeutsame Erkenntnis.“

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Studium der kosmischen Geschichte

Das James-Webb-Teleskop – über zwei Jahrzehnte lang von Tausenden Wissenschaftlern, Ingenieuren und anderen Fachleuten entwickelt – wird jede Phase der kosmischen Geschichte untersuchen. Das größte und leistungsstärkste Weltraumteleskop, das jemals gebaut wurde, wird Planeten, Himmelskörper und Formationen in unserem eigenen Sonnensystem und bis hin zu den entferntesten Galaxien des frühen Universums untersuchen – mit einer noch nie dagewesenen Auflösung und Empfindlichkeit.

Das Teleskop ist eine internationale Kollaboration unter Leitung der NASA. Die Europäische Weltraumorganisation und die Canadian Space Agency leisteten bedeutende Beiträge zu seiner Entwicklung. Es wurde am 25. Dezember in Betrieb genommen. Zuvor hat es einen sechsmonatigen Inbetriebnahmeprozess durchlaufen, um sich vollständig zu entfalten, auf seine eisige Betriebstemperatur abzukühlen, seine Spiegel auszurichten und seine Instrumente zu kalibrieren. Am 12. Juli hat die NASA die ersten Farbbilder und spektroskopischen Daten des Teleskops veröffentlicht.

Chips entwickeln, die der Strahlung standhalten

Satelliten werden ständig mit Strahlungsteilchen bombardiert. Dabei ist es ganz egal, ob es sich um Weltraumteleskope, die 1,5 Millionen Kilometer über der Erde kreisen, oder um andere Objekte in niedrigeren Umlaufbahnen handelt, wie yum Beispiel Kommunikationssatelliten. Diese Partikel können die Leistung von Halbleiterchips beeinträchtigen. Daher sind Chips für den Weltraumeinsatz in der Regel so konzipiert, dass sie der rauesten Umgebung des Universums standhalten.

„Im Weltraum muss der Tatsache entsprochen werden, dass es nicht nur auf die elektrische Leistung ankommt, die wir auf der Erde haben“, sagt Javier Valle, Leiter des Teams Weltraumenergie unseres Unternehmens. „Die Geräte müssen der Strahlenbelastung in dieser Umgebung standhalten. Schwere Ionen aus der galaktischen kosmischen Strahlung oder energiereiche Teilchen aus der Sonne könnten auf die integrierten Schaltkreise treffen. Dies kann eine Vielzahl von Nachwirkungen nach sich ziehen. Die Schaltkreise könnten dauerhaft beschädigt werden, in einen unbekannten Zustand geraten, von dem sie sich nicht mehr erholen, oder einem kleineren Störimpuls ausgesetzt sein. Niemand fliegt dort hinauf, um den Satelliten zu reparieren. Die Chips müssen also so entwickelt werden, dass sie die erwartete Leistung bringen, wenn sie dieser Strahlungsumgebung ausgesetzt sind – und zwar kontinuierlich.“

Dabei helfen, die Reichweite der Menschheit zu erhöhen

Dutzende von weltraumtauglichen, hochzuverlässigen Geräten aus unserem Unternehmen werden benötigt, um das James-Webb-Teleskop dabei zu unterstützen, die Menschen weiter als je zuvor in die Tiefen des Weltalls blicken zu lassen:

• Datenwandler: Präzisionsdatenwandler verwalten die Telemetrie und die Spannungsmessung, um den Zustand des Raumfahrtzeugs zu überwachen.
• Stromversorgung: Das Energiemanagement, einschließlich der Spannungsregler, ist von entscheidender Bedeutung, wenn es darum geht, den Strom zu erzeugen, den Satelliten benötigen, um alle ihre Funktionen ausführen zu können. Bei dieser Art von Geräten gibt es für Fehler keinen Platz.
• Operationsverstärker: Operationsverstärker, einschließlich eines Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärkers, werden für Bildgebungsanwendungen verwendet.
• Digitale Signalprozessoren: DSPs helfen beim Betrieb der Systemrechenfunktionen im Raumfahrzeug.
• Schnittstelle: Transceiver und LVDS-Empfänger werden für die Steuerung des Raumfahrzeugs und den Datenaustausch zwischen den verschiedenen Instrumenten des Teleskops verwendet.
• Logik: Logikchips werden für zahlreiche Anwendungen im gesamten Teleskop eingesetzt.

Gemeinsam mit anderen komplexen Systemen müssen diese Geräte während der gesamten Mission des Teleskops funktionieren – in einer Umlaufbahn, die etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt liegt. Vorgänger des James-Webb-Teleskops war das Hubble-Weltraumteleskop. Es wurde seit seiner Inbetriebnahme in einer niedrigen Erdumlaufbahn im Jahr 1990 durch fünf Space Shuttle-Missionen gewartet. Die Umlaufbahn des James-Webb-Teleskops liegt jedoch weit außerhalb der Reichweite menschlicher Reisen.

Die strahlungsfesten und strahlungstoleranten Produkte sowie technischen Ressourcen unseres Unternehmens unterstützen Ingenieure bei der Entwicklung von Satellitensystemen, die jahrzehntelang im All bleiben können. Mit unserer Auswahl an weltraumtauglichen Produkten und durch unsere Erfahrung mit Raumfahrtsystemen können Ingenieure missionskritische Anforderungen erfüllen und Systeme mit besseren Integrationsfunktionen und größerer Leistungsdichte, einem großen Maß an Genauigkeit und hoher Bandbreite entwickeln.

Darüber hinaus reduzieren Innovationen im Chipdesign die Größe und das Gewicht der weltraumtauglichen Geräte unseres Unternehmens.

„Wenn Sie einen Satelliten ins All schießen, ist für jedes einzelne Gramm Gewicht Treibstoff nötig, damit die Rakete in den Orbit gelangen kann“, so Jason. „Die Reduzierung der Startkosten ist wichtig, um die Erforschung des Weltraums für mehr Menschen zugänglich zu machen. Chips sind klein. Wenn man allerdings viele von ihnen in das Design eines Satelliten einbaut, summiert sich das enorm. Wir bieten ein viel höheres Maß an Integration, sodass unsere Kunden ihre Schaltkreise und Subsysteme kleiner und leichter machen können. Das ermöglicht es ihnen, innovativ zu sein und mehr Funktionen, Instrumente und Technologien in ihre Satelliten einzubauen.“

Fotos des James-Webb-Weltraumteleskops mit freundlicher Genehmigung der NASA.