Beschichtungen für die Raumfahrt

In der Weltraumtechnik werden Goldbeschichtung eingesetzt, um das Reflexionsvermögen und damit das Temperaturmanagement von Satelliten zu optimieren. Für solche Anwendungen beschichten wir komplexe 3-dimensionale Geometrien mit äußeren Abmessungen bis zu 40 cm x 40 cm x 40 cm.

Auch führen wir hochreine Beschichtungen mit maximaler Dichte für Messinstrumente von Raumfahrzeugen mit Materialien wie Au, Ir oder Ru durch.

Ein Beispiel ist die Beschichtung der Targetscheibe des Destiny Dust Analyzer (DDA) der DESTINY+ Mission.

Destiny + (Demonstration and Experiment of Space Technology for INterplanetary voYage Phaethon fLyby dUSt science) ist eine Raumfahrtmission, deren Start für Ende 2025 geplant ist und die von der japanischen Raumfahrtagentur JAXA zusammen der deutschen Raumfahrtagentur DLR durchgeführt wird.

Ziel dieser Mission ist die Erprobung eines neuen Ionenantriebes im interplanetaren Raum.

Gleichzeitig soll kosmischer Staub, der u.a. vom Meteorstrom der Geminiden stammt, untersucht werden. Für diese Untersuchungen wird das sich an Bord befindliche und von der Universität Stuttgart gebaute Instrument DDA benutzt werden. Herzstück des Destiny Dust Analyzer ist eine goldbeschichte Targetscheibe mit rund 30 cm Durchmesser.

Kosmischer Staub wird beim Einschlag auf diese Targetscheibe in seine Bestandteile zerlegt, die im Anschluss mit einem Massenspektrometer genauer untersucht werden können. Die Scheibe ist mit einer 25 µm dicken Schicht aus hochreinem Gold (99,999 % Reinheit) beschichtet. Diese Dicke ist nötig, damit die kollidierenden Teilchen mit einer Eindringtiefe von bis zu 20 µm vollständig in der Goldschicht steckenbleiben, nicht bis ins Grundmaterial der Targetscheibe vordringen und die anschließende Messung nicht mit Streupartikeln aus der Scheibe selbst verunreinigt wird. Durch die hohe Reinheit wird gewährleistet, dass in der Goldschicht selbst keine Verunreinigungen vorliegen, die die Messungen verfälschen könnten.

Die Abscheidung einer Goldschicht mit 25 µm Dicke stellt hohe Anforderungen an die üblichen PVD-Beschichtungstechniken: Es muss eine bestmögliche Schichthaftung zwischen Goldschicht und Grundmaterial erreicht werden. Diese darf auch über Jahre hinweg durch die extremen Temperaturen eines interplanetaren Sondenfluges nicht beeinträchtigt werden. Gleichzeitig muss eine bestmögliche Reinheit und möglichst hohe Dichte gewährleistet sein – nur so können Verfälschungen der späteren Messungen verhinderten werden.

Durch spezielle Sputterverfahren wurde bei MagTec die geforderte Goldschicht mit einer herausragenden Dichte von 98,5 % des Literaturwertes der Dichte von Gold auf der Targetplatte abgeschieden. Damit wurden die gesetzten Anforderungen zur bestmöglichen Funktion des DDA-Instrumentes übererfüllt.

Wir danken insbesondere der DLR, dem Institut für Raumfahrsysteme der Universität Stuttgart und der Firma RIGO GmbH für die langjährige Zusammenarbeit von erster Planung bis zu finaler erfolgreicher Umsetzung bei diesem Projekt.

Wir sind sehr gespannt auf die Ergebnisse von DESTINY+ in einigen Jahren!