Eine neue Familie von Trägheitssensoren

: Die gemeinsam von ESA, CNES und Astrium finanzierten Studien liefen im Jahr 2000 im Rahmen der Entwicklung der Pleïades-Satelliten an. Ziel des Projekts war die Verbesserung der Satellitenleistung durch präzisere Bildlokalisierung (Skalenfaktorstabilität: 10ppm) bei hervorragender Stabilität während der Bildaufnahme (Angular Random Walk / zufällige Winkeldrift: 0,0001° / √h). Das Faseroptiksystem eliminiert die durch die Kreiselrotation entstehenden Störungen und sorgt so für eine deutlich gesteigerte Leistung und Lebensdauer. Das Sensorsystem erreicht eine derart hohe Genauigkeit, dass mit einem Gyroskop ohne weitere externe Bezugsdaten die Bahndrehung unserer Erde um die Sonne gemessen werden kann.

„Seit 25 Jahren entwickelt, produziert und testet Astrium nicht nur den Großteil der Gyroskope für seine eigenen Satelliten, sondern auch für Produkte von Wettbewerbern und den Exportmarkt. Mit der neuen Faserkreiseltechnologie bauen wir in diesem Bereich unsere Führungsposition in Europa aus. So hat etwa das Astrix™ 200 nur einen einzigen Wettbewerber in den Produkten des US-Herstellers Northrop Grumman. Diese dürfen jedoch nicht auf dem Exportmarkt angeboten werden. Für das Astrium-Gyroskop, das keine Elemente enthält, die den ITAR-Vorschriften (International Traffic in Arms Regulations) unterliegen, gelten weniger strenge Beschränkungen“, erklärt Xavier Calmet, Leiter des Bereichs Sensoren.

Unerreichte Leistungsfähigkeit: Das Faseroptik-Gyroskop besteht aus einer für die Steuerung und Regelung zuständigen GEU (Gyro Electrical Unit) und dem optischen Kern. Die GEU birgt eine Lichtquelle, die ein Signal in diesen zweiten Sensorbestandteil einstrahlt. Der optische Strahl wird in zwei Lichtwellen geteilt, die in gegenläufiger Richtung in eine mehrere Kilometer lange optische Faserspule eingestrahlt werden. Die Messergebnisse beruhen auf der Auswertung der Laufzeitunterschiede der zurücklaufenden Teillichtströme beim Austritt aus der Spule. Die registrierte Phasenverschiebung ist dabei direkt proportional zur Drehgeschwindigkeit des Satelliten, in den das Gyroskop integriert ist. Das System beruht auf der praktischen Anwendung des 1913 entdeckten Sagnac-Effekts und des in Einsteins spezieller Relativitätstheorie festgeschriebenen Kausalitätsprinzips. Xavier Calmet fügt hinzu: „Man misst eine Phasenverschiebung in der Größenordnung von 10-7 rad, während die Faserspule Abermilliarden rad misst (10+10). Das ist, als würde man die Entfernung der Erde zur Sonne auf den Tausendstelmillimeter genau bestimmen!“

Das erste Astrix-Gyroskop wird 2008 an Bord des ESA-Satelliten Planck ins All gehen und später in Astrium-Satelliten wie COMS, Pleïades, Aeolus und Galileo IOV zum Einsatz kommen.

Sensoren und Stellantriebe: Augen und Muskeln eines Satelliten: Trägheitssensoren, Gyroskope und Beschleunigungsmesser – die „Augen“ des Satelliten – sorgen für die Gleichgewichtsregelung, während die Stellantriebe als „Muskeln“ fungieren: Sie ermöglichen das Manövrieren des Satelliten, insbesondere durch das Lageregelungsgyroskop (Control Moment Gyroscope, CMG), das dem Satelliten seine Bewegungsfähigkeit verleiht.

Die Abteilung Sensoren und Stellantriebe ist in Toulouse beheimatet und beschäftigt unter der Leitung von Gérard Muller 40 Mitarbeiter. Die Sensor- und Servoproduktion erfolgt auf einer Fläche von über 1.250 m². Abgesehen von den Mechaniktests führt die Abteilung sämtliche Ausrüstungsabnahmetests selbst durch. Kürzlich wurden die Testeinrichtungen um eine Thermovakuumkammer ergänzt, in der Ausrüstungen bei Temperaturen von -150°C bis +150°C getestet werden können.