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MediaService Digital Industries  Nachrichtenredaktion

Die Sonne präzise im Fokus – Hitzeschutz des größten Solar-Teleskops der Welt mit Siemens-Software realisiert

Magnetfelder beeinflussen die Temperatur der Sonnenkorona und haben auch Auswirkungen auf die Erde. (Copyright: NASA/GSFC/SDO)

Anders als bei Weltraumteleskopen, die nachts zum Einsatz kommen, ist das DKIST tagsüber auf die Sonne ausgerichtet. Das bedeutet, dass das Solar Teleskop großen Mengen an Wärmeenergie ausgesetzt ist. Daher ist ein sogenannter „Heat Stop“ ein integraler Bestandteil derartiger Teleskope. Er wird am primären Fokus installiert und verhindert, dass unerwünschtes Sonnenlicht die nachgelagerte Optik aufheizt. Gekühlt wird der Hitzeschutz durch ein innenliegendes System aus porösem Metallwärmetauschern, die bei Maximalauslastung rund 1.700 Watt ableiten. Eine weitere Herausforderung für die Konstrukteure bestand darin, ein Phänomen, das „self-induced seeing“ genannt wird, zu vermeiden. Dabei stören thermische Einflüsse und Wind die Qualität des Bildes, ähnlich wie beispielsweise große Hitze in Wüsten am Horizont für ein „Flimmern“ sorgen. Um das zu vermeiden, mussten die Ingenieure sicherstellen, dass der Hitzeschutz eben keinen thermischen Einfluss auf die Optik ausübt. Dazu darf die Temperatur des „Heat Stops“ nie mehr als zehn Grad Celsius höher liegen als die der Umgebungsluft.


Gut gekühlt
Bei der Konstruktion des Hitzeschutzes mussten die Experten von Aavid Thermacore unter anderem Mehrphasenströme innerhalb der Metallwärmetauscher berücksichtigen und sicherstellen, dass beispielsweise eine ungleichmäßige thermische Belastung nicht zu „Hot Spots“ führen würde, die wiederum das „self-induced seeing“-Phänomen auslösen könnten. Mit dem Einsatz der Siemens Software Star-CCM+ war es den Thermacore-Ingenieuren möglich, Strömungsmuster innerhalb des Gehäuses zu visualisieren und das Design entsprechend anzupassen. Zudem gelang es ihnen, den Hitzeschutz so zu gestalten, dass seine Temperatur nicht mehr als zehn Grad Celsius über der Umgebungstemperatur liegt.  

Die Sonne besser verstehen
Mit dem hochmodernen Kühlsystem sind die Wissenschaftler nun in der Lage, das DKIST in seiner vollen Kapazität zu nutzen. Der 75 Millimeter dicke Primärspiegel liefert mit seinen 4,24 Metern Durchmesser gestochen scharfe Bilder von der Sonnenoberfläche. Eines der Forschungsziele besteht darin, die Magnetfelder der Sonne, die Einfluss auf die Temperatur der Corona und die Sonnenwinde haben, besser untersuchen zu können. In der Folge hoffen die Wissenschaftler, bessere Prognosen abgeben zu können, wie und in welchem Ausmaß sich das Weltraumwetter auf die Erde auswirkt.  

Auf der pazifischen Insel Maui wurde kürzlich das Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST) in Betrieb genommen.

Der 75 Millimeter dicke Primärspiegel des DKIST liefert mit seinen 4,24 Metern Durchmesser gestochen scharfe Bilder von der Sonnenoberfläche.

Eine große Herausforderung im Design des DKIST bestand darin, die durch den Fokus auf die Sonne absorbierte Wärmeenergie möglichst gering zu halten.

Für eine spezielle Vorrichtung zur Hitze-Absorption setzten die Hitzemanagement-Profis von Aavid Thermacore auf Lösungen aus dem Portfolio von Siemens Digital Industries Software.

Eine weitere Herausforderung für die Konstrukteure bestand darin, ein Phänomen, das „self-induced seeing“ genannt wird, zu vermeiden, bei dem thermische Einflüsse die Qualität des Bildes stören. 

Der „Heat Stop“ wird am primären Fokus installiert und verhindert durch ein innenliegendes Kühlsystem aus porösen Metallwärmetauschern, dass unerwünschtes Sonnenlicht die nachgelagerte Optik des DKIST aufheizt. 

Kontakt

Ursula Lang

Digital Industries

Gleiwitzer Str. 555
90475 Nürnberg
Deutschland

+49 (152) 22915052