ESA MLI-Tests, Europa

Mit einem Stirling Cryogenics SPC-1 und einem CryoFan testet die in den Niederlanden ansässige Einrichtung der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) MLI für die Satellitenisolierung.

Eine der Forschungsaktivitäten der ESA ist die Untersuchung des Verhaltens von reflektierender Folie für die Isolierung von Satelliten, genannt Multi Layer Insulation (MLI).

Dabei handelt es sich um Polyimid- oder Polyesterfolien, die mit Aluminium oder in der Regel mit Gold für die Raumfahrtindustrie beschichtet sind.

Die Folien werden zu 5 bis 30 Lagen zusammengefasst und an der Außenseite des Satelliten angebracht. Ihr Zweck ist es, die Sonnenstrahlung zu reflektieren, um eine Aufheizung des Satelliten zu verhindern.
Die ESA muss das Reflexionsvermögen dieser MLI-Decken testen. Dazu verfügt sie über eine Vakuumkammer, ein so genanntes Kalorimeter, in dem dies gemessen werden kann.

In der Vergangenheit wurde dazu das Kalorimeter mit flüssigem Stickstoff auf etwa 80 K gekühlt. Also nur bei einer Temperatur, weil die ESA über einen Temperaturbereich testen wollte, da ein anderes Kühlkonzept erforderlich war.

Stirling hat ein System entwickelt, bei dem Heliumgas anstelle von flüssigem Stickstoff durch den MLI-Wärmetauscher strömt. Das Heliumgas wird mit einem CryoFan umgewälzt. Während Flüssigstickstoff einen begrenzten Temperaturbereich zwischen Eis und Gas aufweist, kann Heliumgas auf jede beliebige Temperatur gekühlt oder erhitzt werden. Dadurch kann der MLI in dem angegebenen Temperaturbereich von -240 bis +60°C getestet werden.

Die Kühlung erfolgt durch einen Stirling-Kryogenerator, der an die Anforderungen des Kühlkonzepts für die ESA angepasst ist. Der Kryogenerator und das Kalorimeter sind an einen Kryostaten angeschlossen, in den der CryoFan, ein Heizer und Regelventile für den Heliumfluss integriert wurden. Die Regelventile fungieren als thermische Mischbatterie für Wasser: Indem das zirkulierende Gas in einem bestimmten Verhältnis durch den Kryogenerator und/oder den Heizer geleitet wird, kann dem Kalorimeter jedes Gas mit Heliumtemperatur zugeführt werden.

Auf dem Bildschirm der Systemsteuerung kann der Kunde die gewünschte stabile Temperatur oder eine Temperaturrampe einstellen. Die Systemsteuerung wird dann das Kalorimeter auf der eingestellten Temperatur halten oder die Temperatur entsprechend der eingestellten Rampe erhöhen oder senken.

Auf diese Weise kann der MLI über den gesamten Temperaturbereich getestet werden, den er im Weltraum unter praktischen Bedingungen vorfindet.