Goddard Space Flight Center – Neue Sensorplattform in der Entwicklung

02 Mrz 2019

OSR blog post

Forscher entwickeln neue Sensoren, die bei zukünftigen Weltraummissionen helfen sollen. Lies mehr über diese neue Technologie und was sie für die Raumfahrt bedeuten wird.

Forscherin Mahmooda Sultana und ihr Team vom Goddard Space Flight Center in Maryland haben finanzielle Förderungen für die Entwicklung neuer chemischer Sensoren erhalten. Warum ist das für die Weltraumfahrt wichtig? Diese Sensoren können der NASA dabei helfen, biologische Sensoren zu erstellen, um unter anderem die Gesundheit von Astronauten zu überwachen. Das aktuelle Massenspektrometersystem misst die Massen von Molekülfragmenten. Diese Forschung wird die Erkennung zu einem Überwachungssystem im Nanomaßstab führen.

Entwicklung der Sensorplattform im Goddard Space Flight Center

Wie werden die Forscher diesen neuen Sensor erschaffen? Um es kurz zu machen, sie werden den Sensor in Schichten drucken. Dies scheint keine neue Idee zu sein, aber tatsächlich ist ihr Design anders. Sultana plant, auf derselben Siliziumwafer-Teilschaltung für ein drahtloses Kommunikationssystem zu drucken, das mit Bodensteuerungen kommunizieren würde. Tatsächlich würde das Design und die Konstruktion des Instruments weiter vereinfacht. (NASA, 2019)

Bei Verwendung eines modernen 3D-Drucksystems, das dem für die Geldproduktion verwendeten ähnlich ist, würden die Sensoren in Schichten liegen, die als Wafer bezeichnet werden. Außerdem würde jedes Substrat des Wafers winzige Sensoren erzeugen. Jeder würde ein anderes Gas, Druckniveau oder eine andere Temperatur erkennen.

Sultana und ihre Gruppe werden die Sensorplattform entwerfen. Sie bestimmen, welche Materialkombination am besten für die Messung kleinster Konzentrationen von Wasser, Ammoniak, Methan und Wasserstoff geeignet ist. Warum möchten sie diese Elemente erkennen? Diese Elemente helfen Wissenschaftlern, in unserem Sonnensystem nach Leben zu suchen.

Sobald das 3D-System die Schichten gedruckt hat, werden die Sensoren zusammen mit einer drahtlosen Antenne auf eine Leiterplatte gesetzt. Zu diesem Zeitpunkt werden sich auf der Leiterplatte die Elektronik, eine Stromquelle und Kommunikationsschaltungen befinden. Es wird eine kleine kompakte Version mit größerer Erkennung als das aktuelle System.

Massenspektrometer

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Bildnachweis: NASA

Massenspektrometer als derzeitige Sensoren

Derzeit verwendet die NASA ein Massenspektrometer wie das oben abgebildete zur chemischen Detektion. Dieses weltraumgebundene Massenspektrometer kann die Zusammensetzung der Atmosphäre analysieren. Darüber hinaus kann es auch die Zusammensetzung des Terrains analysieren, auf das es trifft. Die wichtigste Funktion dieses Geräts ist die Überwachung der Luftqualität auf bemannten Weltraumfahrzeugen. Hier wird das Sultana-Forschungsteam bemannte Raumflüge verbessern. Die NASA wünscht sich eine Einheit, die über einen angemessenen Stromverbrauch verfügt und hohen G-Kräften, Stößen und Vibrationen beim Starten und Landen widerstehen kann. Das Instrument muss Strahlung, extremen Temperaturen und Drücken sowie den Bedingungen der Mikrogravitation standhalten. Diesbezüglich wird das Forschungsteam die Erwartungen übertreffen und die Weltraumforschung verbessern.

In der Tat hat die NASA anerkannt, dass künftige Sensoren kleinste Konzentrationen von Gasen und Dämpfen im Bereich der Teile pro Milliarde erkennen müssen. „Es ist auch schwierig, die Teile pro Milliarde oder darüber hinaus (Massenspektrometer) zu erreichen“, sagte sie. (NASA, 2019)

Zukünftige Auswirkungen

Die NASA sieht vor, die winzigen Plattformen auf planetarischen Rovern einzusetzen. Die Sensoren könnten kleine Mengen Wasser und Methan erkennen. Auf Raumsonden wie der ISS könnten die Sensoren Biogefährdungen in Wohnbereichen von Astronauten erkennen. Die langfristigen Auswirkungen dieser Technologie können sich sogar auf den privaten Sektor erstrecken, wie dies bei vielen anderen Erfindungen der NASA der Fall ist. Wir wünschen dem Sultana-Forschungsteam das Beste in ihrem zweijährigen Vorhaben.