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100 IV. Instrumentelle Entwicklungen den. Diese »passive Kühlung« ist im Lagrange-Punkt L2 in 1.5 Mio. Kilometer antisolarem Abstand von der Erde möglich. Dorthin soll das JWST durch eine ARIANE- 5-Rakete befördert werden. Von drei Fokalebenen-Instrumenten des JWST kommen eineinhalb aus Europa: NIRSPEC – das Multiobjekt-Spektrometer (zu ~ 90 %) und MIRI-Kamera und Spektrometer für das mittlere Infrarot (zu ~ 50 %). Für beide Instrumente hat MPIA die Filter- und Gitterräder entworfen, basierend auf unserem erfolgreichen Konzept der ISOPHOT-Filterräder: Direktantrieb mit einem Torque-Motor, exakte Positionierung mit einer Sperrklinke. Diese Anordnung führt bei höchster Zuverlässigkeit beim Betrieb im Kryovakuum zu äußerst geringen thermischen Verlustleistungen, da Rückkopplungen und Halteströme vermieden werden. Das wurde mit drei Filterrädern während der 29-monatigen ISO-Mission bei über 1 Mio. störungsfreien Schritten gezeigt. Am MPIA wurden für die beiden konkurrierenden NIRSPEC-Phase A*-Studien der Firmenkonsortien ASTRI- UM und ALCATEL die Radkonzepte entworfen. Nach der Entscheidung der ESA für das NIRSPEC-Angebot des ASTRIUM-Konsortiums und einer erneuten Ausschreibung der Filter-/Gitterräder hat das MPIA gemeinsam mit Zeiss und Austrian Aerospace ein Angebot erarbeitet, bei dem das MPIA als kleinster der drei Partner technische Erfahrungen aus früheren Missionen, die elek- Abb. IV.9.2: Das Filterrad des MIRI-Instruments ist auf seinen 18 Positionen mit Breit- und Schmalbandfiltern, mit Koronographenmasken und einem Prisma für Spektrophotometrie bestückt. Im Zentrum des Rades ist der Direktantrieb untergebracht, am Umfang des Rades sind die Index-Kugellager und die Sperrklinke zu sehen. Der Durchmesser des Rades beträgt 25 cm, die Positionierungsgenauigkeit beträgt < 4. Raste Kabelbaum + Stecker trischen Antriebe und die Durchführung von Kalttests beitragen würde. Durch diesen Beitrag werden starke Synergien zur bereits bestehenden Verpflichtung zum Bau der MIRI-Räder erwartet. Als möglicher Fokussiermechanismus für NIRSPEC wurde ein ursprünglich im NASA- Auftrag für die Ausrichtung der Hauptspiegelsegmente des JWST entwickelter Linearantrieb der Firma Moog, Kalifornien, gemeinsam mit ESA beschafft. Ausführliche Kryovakuumtests dieser Komponenten in den Kryostaten des MPIA zeigten einen unerwartet frühen Ausfall des Antriebes, der deshalb zur Analyse zum Hersteller zurückgeschickt werden musste. H. W. Rix wurde gegen bedeutende Konkurrenz von ESA als einer der Mission Scientists für NIRSPEC ernannt. Im europäischen MIRI-Konsortium ist das MPIA für die Entwicklung und Lieferung des Filterrades und der beiden Spektrometer-Räder verantwortlich. Das Konsortium besteht aus 21 über Europa verteilten wissenschaftlichen Instituten, dementsprechend groß ist die Zahl der Schnittstellen zwischen den einzelnen Beiträgen. Für das MPIA bedeutet das beispielsweise laufende und exakte Abstimmung mit (1) CEA, Paris zur Filterradscheibe, die dort mit Filtern, Koronographenmasken und einem Prisma bestückt wird, zu (2) ASTRON, Dwingeloo, den Herstellern der Gitterradscheibe, zu (3) AIT, Edinburgh, den Herstellern der Strahlteilerscheibe, zu (4) dem PSI, Villigen, wo der kalte Kabelbaum hergestellt und die Kalttestkammer betrieben wird, zu (5) dem CSL, Lüttich, dem Hersteller der warmen Bord-Elektronik, u.v.a. Die Vorentwicklungen der Radarantriebe am MPIA wurden durch zwei kleinere Studien bei Zeiss zu mechanischen und thermalen Fragen vertieft, nützliche Anregungen wurden auch bei mehreren Expertenbesuchen durch ESA und NASA am MPIA empfangen. Die Phase B der Temperatursensor Filterrad
MIRI-Entwicklung wurde im Herbst mit dem »Preliminary Design Review« bei ESA erfolgreich abgeschlossen. Seitdem befindet sich das Projekt in der Bauphase C/D, die mit der Beschaffung der wichtigsten Komponenten (Kryo-Torque-Motoren, integrierte vorgespannte Kugellager usw.) und dem Fertigen aller Teile für die ersten »Entwicklungsmodelle« begonnen wurde. Parallel zu diesen Arbeiten läuft die Entwicklung eines Bodentestgerätes (EGSE) für alle Radarantriebe, mit denen die unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Satelliten (warm beim Start, kalt in L2) simuliert werden können. Insgesamt wird das MPIA fünf dieser rechner- IV.9 MIRI und NIRSPEC – Instrumente für das James Webb Space Telescope (JWST) 101 Abb. IV.9.3: Eingangsinspektion an den Kryo-Torque-Motoren im Reinraum des MPIA. Die UV-Lampe dient dem Auffinden möglicher Verschmutzungen, einer hohen Gefahr für die zentralen Lager der Filter- und Gitterräder. Alle mechanischen Teile der Motoren werden in den Werkstätten des MPIA ge- gestützten Testgeräte bauen, um sie an verschiedene Ins- titute des MIRI-Konsortiums zu Subsystem- und Systemtests auszuleihen. Ein Antrag auf Finanzierung der bevorstehenden Industriearbeiten wurde vom DLR kurz vor Jahresende be- willigt. Die Ausschreibung zur Einholung von Industrieangeboten für den Bau der Flugmodelle konnte noch vor Weihnachten im Europäischen Amtsblatt veröffent- licht werden. Es besteht die Absicht, diese Flug- und Flugersatzmodelle der Filter- und Gitterräder, den Vorentwicklungen des MPIA folgend, bei einer inländischen Luft- und Raumfahrt-Firma bauen zu lassen. Das MPIA wird durch wesentliche und laufende Beiträge zum elektrischen Teil und zu allen Kalttests die Kosten vergleichsweise gering halten. Auch wenn die Beobachtungen mit dem JWST erst nach dem Jahr 2012 möglich sind, werden in regelmäßigen Wissenschaftler-Treffen der beteiligten Institute die aktualisierten wissenschaftlichen Ziele der Mission mit den zwischenzeitlich erreichten und voraussichtlichen Leistungsdaten des MIRI-Instruments verglichen. Dabei werden auch bereits Vorbereitungen für die Eichung der Instrumente an Himmelsstandards und optimierte Beobachtungserfahrungen für die Mission diskutiert. (Dietrich Lemke, Armin Böhm, Fulivio de Bonis, Monica Ebert, Ulrich Grözinger, Ralph Hofferbert, Thomas Henning, Armin Huber, Ulrich Klaas, Sven Kuhlmann, Jose Ramos, Ralf-Rainer Rohloff, Johanna Rosenberger)
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