Die revolutionäre Testanlage, die Satelliten in Rekordzeit vorbereitet

• Satelliten widerstehen extremen Bedingungen im Weltraum, inkl. Vakuum und Temperaturschwankungen. Die Nationale Satellitentestanlage in Oxfordshire bietet umfassende Tests unter einem Dach. Die Anlage umfasst eine riesige Vakuum-Testkammer, Vibrations- und Akustiktestbereiche, sowie einen Antennentestraum. Der komplette Testprozess kann bis zu neun Monate dauern und soll erst zwei, später mehr Satelliten pro Jahr testen. Kunden umfassen Airbus, Thales Alenia Space und die Europäische Weltraumorganisation.

Satelliten vollbringen Außergewöhnliches. Sie umkreisen unseren Planeten mit Geschwindigkeiten von bis zu 27.000 Kilometern pro Stunde und widerstehen dabei den extremen Bedingungen des Weltraums wie Vakuum und rasanten Temperaturschwankungen. Ihre Antennen müssen dabei präzise auf die Erde ausgerichtet bleiben. Und das alles nach einem Start, bei dem sie wie Farbdosen durchgeschüttelt und ohrenbetäubendem Lärm ausgesetzt werden.

Um sie auf diese Strapazen vorzubereiten, werden Satelliten gewissenhaft getestet, bevor sie abgeschickt werden. Früher bedeutete dies Reisen zu verschiedenen Orten für unterschiedliche Tests. Doch im Vereinigten Königreich bietet die neu eröffnete Nationale Satellitentestanlage in Oxfordshire jetzt eine umfassende Prüfung unter einem Dach an. Sarah Beardsley, die Direktorin des von der britischen Regierung finanzierten Rutherford Appleton Laboratory Space, das die neue Einrichtung am Harwell Science and Innovation Campus betreibt, erklärt: „Die Industrie wünschte sich ein Testzentrum, wo alle Tests für komplexe Satelliten an einem Ort durchgeführt werden können. Das ist das Ergebnis jahrelanger harter Arbeit.“

Ein zentraler Anlaufpunkt für Tests

Der Bau begann Ende 2018, nachdem die britische Regierung bekannt gab, 99 Millionen Pfund (126 Millionen Dollar) in das NSTF zu investieren, um eine “weltklasse Testeinrichtung” für Satelliten zu entwickeln. Eigentlich sollte die Anlage 2020 den Betrieb aufnehmen, aber Verzögerungen verschoben die feierliche Eröffnung auf Mai 2024. Jährlich werden mehrere Satelliten getestet, wobei Airbus als erster Kunde im Juli 2024 mit seinem neuen Kommunikationssatelliten Skynet 6A die Anlage nutzen wird.

Im NSTF gibt es vier Testbereiche. Beim Eintreten—nachdem man Schutzkleidung angezogen hat, um die Reinheit der Anlage zu gewährleisten—stößt man zuerst auf die riesige Vakuum-Testkammer, um die das ganze Gebäude herum gebaut werden musste. „Es gibt keine Tür, die groß genug ist, um sie durchzulassen“, sagt Beardsley. In dieser Kammer können Pumpen den Druck auf 0,00001 Millibar senken, was das Vakuum des Weltraums nachahmt. Ein Stickstoffkühlsystem kann die Temperatur zwischen -180 und 130 Grad Celsius einstellen, dem extremen Bereich, den ein Satellit beim Wechsel zwischen Sonnenlicht und Schatten im Orbit erleben könnte.

Testen unter Extrembedingungen

Mit sieben Metern Breite und zwölf Metern Tiefe ist dies die größte Vakuum-Testkammer im Vereinigten Königreich. Die enormen Türen hierfür wurden in der Türkei und Italien gebaut und per Schiff kurz vor dem Lockdown 2020 nach Großbritannien gebracht. Um die Tür vom Schiff zu bekommen, mussten die Tore am Hafen in Portsmouth verbreitert werden. „Es war der größte Konvoi in Friedenszeiten, der über die A34 nach hier herauf kam“, berichtet Beardsley. Satelliten verbringen Wochen oder sogar Monate in der Testkammer, um sicherzustellen, dass sie die Bedingungen des Weltraums aushalten können. Bei einem Besuch des Magazins WIRED nahm ein Schein-Satellit namens „The Iron Chicken“—eine Anspielung auf die Figur aus einer klassischen britischen Kinderserie—den Hauptplatz am Eingang der Kammer ein.

Nach dem Vakuumtest geht es für die Satelliten in den Bereich für Vibrations- und Akustiktests. Hier werden sie gewaltsam—horizontal und vertikal—auf zwei Plattformen geschüttelt, die durch elektromagnetische Motoren (liebevoll Wallace und Gromit genannt) angetrieben werden und die extremen Bedingungen eines Starts simulieren. Die Erschütterungen setzen den Satelliten einer Kraft von 222 Kilonewton aus, was dem vierfachen Biss eines T. Rex entspricht. Selbst kleinste lose Teile werden durch diese Maschinen aufgedeckt.

Akkurate Antennenausrichtung

Während des Akustiktests werden 48 Lautsprecher bis zu 146 Dezibel lauten Weißrauschens auf die Satelliten loslassen. Für ein menschliches Ohr wäre dies, als stünde man im Triebwerk eines Flugzeugs. Ian Horsfall, Leiter der Dynamikgruppe bei RAL Space, erklärt: „Dies simuliert sowohl den Lärm der Raketentriebwerke beim Start als auch die ohrenbetäubende Lautstärke an der Spitze der Rakete—wo die Satelliten auf dem Weg in den Orbit gelagert sind.“

Im Antennentestraum absorbieren 40.000 Schaumstoffspitzen an den Wänden alle Geräusche und elektromagnetischen Wellen der Satelliten, während der Raum selbst wie ein Faraday-Käfig wirkt, der einstrahlende elektromagnetische Strahlung blockiert. So können die Antennen eines Satelliten auf einen Empfänger im Raum gerichtet werden, um zu überprüfen, ob der Strahl von der Umlaufbahn zurück zur Erde gelenkt werden kann, trotz immense Geschwindigkeit und Entfernung.

Feuergefährliche Radiofrequenzen

Die hier verwendeten Funkstrahlen sind so stark, dass der Raum fast vollständig von Sauerstoff befreit werden muss, um zu verhindern, dass die Schaumstoffspitzen Feuer fangen. Michael Shepherd, Projektmanager des NSTF, erläutert: „Wir können den Sauerstoffgehalt auf 14 Prozent senken, sodass sie nicht brennen. Es ist, als wäre man auf 3000 Metern.“

Der letzte Test ist die Masseschwerpunkt-Prüfung, eine Plattform, die den Schwerpunkt eines Satelliten mit unglaublicher Präzision misst. Ziel ist es sicherzustellen, dass der Satellit, wenn er auf der Spitze einer Rakete sitzt, nicht dazu führt, dass die Rakete durch eine Unwucht vom Kurs abkommt. „Sobald er sich in der Umlaufbahn befindet, muss man seine Eigenschaften verstehen, damit er nicht ins Trudeln gerät“, erklärt Shepherd.

Insgesamt kann der komplette Testprozess im NSTF je nach Kundenanforderungen bis zu neun Monate dauern. RAL Space plant, zuerst zwei Satelliten pro Jahr durch die anspruchsvollen Tests zu schicken, erwägt jedoch eine Erweiterung der Anlage, um zusätzliche Reinräume zu schaffen und mehr Satelliten zwischen den Tests lagern zu können, wodurch die Testkapazität erhöht wird.

Die NSTF wird nicht nur Kommunikationssatelliten testen. Nach Airbus wird die französische Firma Thales Alenia Space ihren Klimasatelliten Fluorescence Explorer testen. Danach folgt die Ariel-Mission der Europäischen Weltraumorganisation, ein Teleskop zur Untersuchung der Atmosphären von Planeten um andere Sterne, das 2029 starten soll. Beardsley freut sich: „Unsere ersten drei Aufträge konzentrieren sich auf Kommunikation, die Erde und die fernsten Regionen des Universums. Diese Einrichtung macht keinen Unterschied, welche Aufgabe ein Satellit hat.“