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12.04.2013, 11:23 Uhr | 0 |

Mit Galliumnitrid ins All Umweltsatellit der ESA kann Umweltschäden besser dokumentieren

Abholzungen im Regenwald oder die Verschmutzung der Weltmeere: Der Umweltsatellit Proba-V, den die ESA ins All schickt, wird ein besonders genaues Auge auf die Erde werfen. Dabei werden die Bilder das Kontrollzentrum besonders zuverlässig erreichen – dank des erstmals eingesetzten Werkstoffs Galliumnitrid.

Der Umweltsatellit Proba-V der ESA
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Dank des erstmals im Weltraum eingesetzten Halbleiters Galliumnitrid soll der Umweltsatellit Proba-V der ESA deutlich besser mit der Erde kommunizieren können. Er überwacht beispielsweise illegale Abholzungen im Regenwald.

Foto: ESA

„Galliumnitrid hat das Potenzial die Kommunikation im Weltraum zu revolutionieren“, schwärmt Andrew Barnes, der das Projekt bei der Europäischen Raumfahrtorganisation (ESA) betreut. „Eine fünf- bis zehnfache Verbesserung bei den Signalstärken und der Datenübertragung wird erwartet. Wir sind sehr gespannt auf die Ergebnisse des ersten Praxistests im Weltraum.“

Der Satellit Proba-V, der in den nächsten Wochen ins All startet, ist mit einer Weltneuheit ausgestattet – mit einem Verstärker, dessen Elektronik auf einem neuartigen Halbleiter beruht. Die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik (IAF) in Freiburg wählten Galliumnitrid, ein Material, das zu Höchstleistungen fähig ist. Ein mit solchen Bauteilen ausgerüsteter Verstärker ist, verglichen mit Schaltungen auf Silizium- oder Galliumarsenid-Basis, um das fünf- bis zehnfache effektiver.

Der neue Halbleiter ist besonders robust

Zudem hält Galliumnitrid hohe und niedrige Temperaturen aus, ist unempfindlich gegenüber elektromagnetischer Strahlung, immun gegen starke Vibrationen und äußerst langlebig. Das sind Eigenschaften, die beim Start eines Satelliten und bei seiner Arbeit im Weltraum von größter Bedeutung sind.

Doch Galliumnitrid bietet noch weitere Vorteile. So sind Bauteile dieser Art besonders leicht, vor allem im Vergleich zu Geräten, die noch mit Elektronenröhren ausgestattet sind. Zudem verbrauchen sie weniger Strom. Der Verstärker steckt in einem hermetisch verschlossenen Behälter, den Tesat-Spacecom in Backnang gemeinsam mit Schott Electronic Packaging entwickelt und gebaut hat.

Bevor die ESA ihrem Satelliten einen Galliumarsenid-Verstärker zumutete, musste der seine Vorzüge beweisen. „In beschleunigten Lebensdauertests haben wir gemeinsam mit Tesat-Spacecom nachgewiesen, dass der Galliumnitrid-Verstärker mindestens 20 Jahre hält“, sagt Patrick Waltereit, Projektleiter am IAF.

Die kompakten und energieeffizienten Galliumnitrid-Bauteile sollen zukünftig auch für Spannungswandler in Elektroautos, Solaranlagen oder Haushaltsgeräten genutzt werden. Sie bieten vor allem Potenzial bei Anwendungen, bei denen hohe Leistung und Lebensdauer wichtig sind, auch unter rauen Umweltbedingungen. Ohne Galliumnitrid gäbe es auch keine grünen Leuchtdioden.

Ein Satellit, so klein wie eine Waschmaschine

Proba-V, der im Mai 2013 vom europäischen Raumfahrtzentrum in Französisch-Guyana starten soll, ist mit 140 Kilogramm ein Leichtgewicht und nicht größer als ein Kühlschrank. Trotzdem bringt er enorme Leistungen. Alle zwei Tage wird er aus einer Höhe von rund 820 Kilometer Bilder von der Erdoberfläche senden.

Darauf lassen sich beispielsweise illegale Rodungen von Regenwäldern, die Einleitung von Schadstoffen ins Meer und Bodenerosion erkennen. Um möglichst viele Informationen zu bekommen, werden die Bilder in verschiedenen Wellenlängen aufgenommen. Auch hier zeigt sich Galliumnitrid als Alleskönner. Ein Prozessor kann einen weitaus höheren Frequenzbereich abdecken als andere Halbleiterelemente. Einziger Wermutstropfen: Die Herstellung derartiger Bauteile ist teurer als bei der Verwendung etablierte Halbleiter.

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Von Wolfgang Kempkens
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