Dies ist die Antenne, die die ersten Nahaufnahmen des fernen Dimorphos-Asteroiden zurücksenden wird, seit seine Umlaufbahn durch eine Kollision mit der DART-Raumsonde der NASA verschoben wurde.
Die High-Gain-Antenne mit einem Durchmesser von 1,13 m der Hera-Mission der ESA durchlief eine einwöchige Testkampagne auf dem Compact Antenna Test Range, einem Teil des ESTEC-Technikzentrums der Agentur in den Niederlanden.
Die Metallwände des CATR isolieren externe Funksignale, während sein mit Schaumstoffspitzen ausgekleidetes Inneres Funksignale absorbiert, um Reflexionen zu verhindern und die leere Leere des Weltraums zu reproduzieren. Jede Testsitzung dauerte mehr als 10 Stunden, wobei die Antenne jeweils um ein Grad gedreht wurde, um ein 360-Grad-Bild der detaillierten Signalform der Antenne zu erstellen.
„Die High-Gain-Antenne ist wirklich ein entscheidender Teil unserer Mission – sie wird unser einziges Mittel sein, um Daten zu empfangen und Befehle mit der erforderlichen Lautstärke zu senden, mit der Low-Gain-Antenne als Backup für Notfallkommunikation mit niedriger Datenrate“, erklärt Hera-Antenne Ingenieur Victoria Iza.
Paolo Concari, Systemingenieur von Hera, fügt hinzu: „Gekoppelt mit einem innovativen Deep-Space-Transponder wird diese Antenne auch eigenständige Wissenschaft leisten. Zur Ableitung wird eine Doppler-Verschiebung in ihren Signalen aufgrund leichter Verschiebungen in Heras Geschwindigkeit verwendet, wenn das Raumschiff Dimorphos umkreist die Masse und Form des Asteroiden. Aber damit dieses radiowissenschaftliche Experiment gut funktioniert, muss das Antennensignal über die Zeit stabil bleiben, was bedeutet, dass die Antenne selbst ihre geometrische Form sehr genau beibehalten muss.“
Die High Gain Antenne wurde von HPS in Deutschland und Rumänien hergestellt. Das Unternehmen überprüfte, ob die CATR-Testleistung der Antenne die Missionsanforderungen erfüllte, und verglich die Ergebnisse mit simulierten Hochfrequenzdaten.
„Der Antennenreflektor besteht aus Kohlefaser, was ihn sehr stabil und widerstandsfähig gegen Temperaturextreme und allgemeine Umweltbelastungen macht“, kommentiert Fulvio Triberti von HPS. „Mit einer Gesamtmasse von nur 7,5 kg ist es eine vergrößerte Version eines kleineren Modells, das für das Euclid-Observatorium der ESA hergestellt wurde, das 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt betrieben wird. Aber Heras Antenne muss beim Senden noch viel größere Entfernungen zurücklegen als Euclid und Empfangen bis zu über 400 Millionen km.“
Die High-Gain-Antenne befindet sich an der Außenseite des Raumfahrzeugs und ist besonders anfällig für Beschleunigungen während des Starts und die hohen und niedrigen Temperaturen im Weltraum – für zusätzlichen Schutz vor letzteren wird die Antenne mit einem Kapton-Germanium-Sonnenschutz bedeckt geflogen thermische Isolierung, während Funkwellen sie noch passieren können.
Daher wird die Antenne als nächster Schritt Vibrationstests bei der IABG in Deutschland unterzogen, um Startbelastungen zu reproduzieren, gefolgt von „Thermal-Vakuum“-Tests bei AAC in Österreich, um Temperaturextreme zu simulieren. Dann wird die Antenne im nächsten Frühjahr zum CATR zurückkehren, um zu überprüfen, ob diese Umwelttests ihre Hochfrequenzleistung nicht beeinträchtigt haben.
Antenneningenieurin Ines Barbary leitete die CATR-Testkampagne: „Die Herausforderung für uns war die sehr hohe Verstärkung der Antenne und auch ihre eng fokussierte Richtwirkung – es ist ein sehr eng fokussierter Strahl mit niedrigen Nebenkeulen. Unsere Testsignale kreuzen sich weniger als 2 m von unserer Antenne zur High-Gain-Antenne in der Kammer, aber unsere Spezialsoftware kann die Signale so umwandeln, als würden sie sich über große Entfernungen ausbreiten.“
Die High-Gain-Antenne verstärkt ihr Signal um mehr als das 4.000-fache, um die Erde zu erreichen, fokussiert auf nur ein halbes Grad, so dass sich das gesamte Raumschiff bewegt, um es auf seine Heimatwelt auszurichten.
„Es ist ein fantastisches Gefühl zu sehen, wie Flughardware so Gestalt annimmt“, schließt Paolo. „Und alle Beteiligten haben großartige Arbeit geleistet, um es rechtzeitig zu schaffen, um unseren Startplan im Oktober 2024 einzuhalten.“