Tätig für viele Forschungsprojekte: das Zentrale Entwicklungslabor für Elektronik
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Blick auf die Antennen und die Elektronik Module des P3-D Satelliten. Teil 1a-h = drehendes Teil Teil 2-11 = fest am Gehäuse montiert |
Zur Lagestabilisierung von Satelliten werden heute fast ausschließlich Drallräder (Kreisel) eingesetzt. Dadurch erreicht man, dass die Antennen und die Solargeneratoren immer in die gewünschte Richtung zeigen.
Die bisherigen kugelgelagerten Drallräder waren in der Vergangenheit eine häufige Fehlerquelle, da im Vakuum des Weltraums die Schmierung der Lager immer noch problematisch ist.
Es werden daher schon seit fast 20 Jahren magnetische Lager vorgeschlagen, die berührungsfrei und damit verschleißfrei arbeiten.
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Magnetisch gelagertes Drallrad. |
Die Entwicklung solcher Systeme ist regelungstechnisch allerdings aufwendig und komplex. Die wünschenswerten Lager mit zwei aktiv geregelten Achsen und einer passiven Achse sind bisher nicht bis zur Einsatzreife entwickelt worden. Dies geschah im Rahmen des AMSAT P3-D Projektes unter meiner Leitung im Zentralen Entwicklungslabor für Elektronik der Philipps-Universität Marburg in Kooperation mit der TH Darmstadt. 2001 soll die Erprobung im Weltraum auf dem AMSAT P3-D Satelliten erfolgen. Damit wurde eine Basistechnologie geschaffen, die für zukünftige 3-Achsen-geregelte Satelliten eine signifikante Zuverlässigkeitssteigerung
ermöglicht.
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Der P3-D Satellit in Kourou 20 Tage vor dem Start. |
Die Lebensdauer von Satelliten wird nicht mehr von anfälligen mechanisch gelagerten Drallrädern bestimmt, da die neuen magnetischen Lager verschleißfrei sind. Darüber hinaus wurden im Bereich der Magnetschwebetechnik wertvolle Erfahrungen gesammelt, die z. B. in der Verkehrstechnik (Magnetschwebebahn) oder auch für elektromechanische Bildprojektion (LASER-Fernsehen) hochaktuell sind.
Anwendung der magnetisch gelagerten Drallräder im AMSAT P3-D Satellit
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Der P3-D Satellit. |
Die AMSAT ist ein weltweiter Zusammenschluss von Wissenschaftlern, die kleine Satelliten kostengünstig als Forschungsplattform entwickeln und bauen. Inzwischen sind mehr als 30 Satelliten von der AMSAT erstellt worden. Wissenschaftler der Universität Marburg waren davon an sieben aktiv beteiligt. Der Satellit P3-D ist das bisher ehrgeizigste Projekt der AMSAT.
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Entfernung zum Mars = 600 Mill. km, Geschwindigkeit = 28 km/s, Flugzeit = 9,5 Monate. |
Unter der Leitung von Prof. Mainzer entstand dieser 650 kg schwere Satellit, der im November 2000 auf einer ARIANE 5-Rakete gestartet worden ist. Er dient als Plattform zur Erprobung einer Reihe neuer Technologien, unter anderen der drei magnetisch gelagerten Drallräder. Bei für die Weltraumforschung reduzierten Mitteln stellt der P3-D Satellit ein Systemkonzept dar, das für die deutsche Raumfahrt von erheblicher Bedeutung ist.
Von Marburg zum Mars
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Nachdem die Drallräder und andere Module eingebaut worden sind, wird der Satellit betankt. |
Grundlage für die Marsmission bildet die Erfahrung, die das Zentrale Entwickungslabor für Elektronik der Philipps-Universität Marburg bei der Entwicklung und dem Einsatz von Nachrichtensatelliten sammeln konnte. Diese in Marburg entwickelten Satelliten wurden mit verschiedenen Ariane-Raketen in den Weltraum befördert, wo sie seit einigen Jahren für den weltweiten Funkverkehr im Einsatz sind. Als Antriebssysteme für die Mission zum Mars soll ein elektrisches Triebwerk von Prof. Ernst Messerschmid dienen, das er als Leiter des Stuttgarter Instituts für Raumfahrttechnik entwickelt hat. Prof. Messerschmid wurde als Astronaut (Dl-Mission) bekannt und besitzt umfangreiche Weltraumerfahrungen.
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Der P3-D Satellit. |
Mit dem Marburger und Stuttgarter Know-how besteht ein überaus kostengünstiges Angebot für die Erforschung des roten Planeten. Es soll den finanziellen Rahmen von 30 Millionen Mark nicht übersteigen und somit wesentlich preiswerter sein als die bisher von der amerikanischen Weltraumbehörde vorgestellten Systeme.
Als konkretes Projekt im Rahmen der Mars-Mission ist zum Beispiel der Einsatz einer hochauflösenden Kamera zur Beobachtung der Marsoberfläche im Gespräch.
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Flugversion des Drallrades mit der Steuerelektronik. |
Ferner kann der Satellit kleine „Subsatelliten“ mitbefördern, die auf der Marsoberfläche abgesetzt werden könnten. Eine weiterer wichtiger Teil des Missionsprofils soll eine Funk-Relais-Funktion des Mars-Satelliten sein; er würde anderen Raumfahrtunternehmungen bei der Datenübermittlung vom Mars zur Erde bzw umgekehrt zur Verfügung stehen. Nach dem erfolgreichen Start des AMSAT P3-D Satelliten im November 2000 sind die Arbeiten an der Marsmission mit verstärktem Einsatz aufgenommen worden.
Hightech-Ortung von Käfern
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Drallräder im P3-D-Satellit. |
Ein wichtiges Forschungsfeld der Ökologie beschäftigt sich mit der Aktivität und der Ausbreitung von Tieren. Hierzu wurden bisher einzelne Tiere mit Sendern versehen (Telemetrie). Aufgrund ihres Gewichtes sind solche Sender für kleinere Tiere aber ungeeignet.
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Der P3-D Satellit. |
Das Zentrale Entwicklungslabor für Elektronik der Philipps-Universität Marburg entwickelt in Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet Naturschutz am Fachbereich Biologie derzeit ein tragbares Radargerät, das in der Lage ist, kleinste Transponder in Entfernungen von bis zu 100 m exakt zu orten. Die Transponder (Diode mit Antenne, Gesamtgewicht 4–14 mg) wirken als „passive Sender“, indem sie das ankommende Radarsignal mit doppelter Frequenz reflektieren. Werden solche Transponder auf kleine Insekten und andere Kleintiere (zum Beispiel Schmetterlinge, Libellen, Schnecken, Käfer) aufgeklebt, so ist über dieses neuartige Verfahren eine exakte Ortsbestimmung solcher Organismen möglich
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Exakte Ortung fliegender oder laufender Insekten über größere Distanz durch Transponder. |
Damit eröffnen sich für die ökologische Forschung völlig neue Perspektiven: Fliegende und schnell laufende Insekten können auch über größere Distanzen verfolgt werden, und versteckt lebende Tiere können jederzeit wiedergefunden werden, sogar eingegrabene Kleintiere (bis ca. 20 cm Bodentiefe) können so aufgespürt werden.
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Überwachungszentrale des Schlaflabors. |
Da keine Energiequelle am Tier notwendig ist, sind auch Beobachtungen über längere Zeiträume hinweg möglich.Zusammen mit einer kanadischen wissenschaftlichen Arbeitsgruppe steht das Team der Marburger Universität heute weltweit an der Spitze der entsprechenden technologischen Entwicklung.
Schlafstörungen mit Atmungs-Stillständen
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Patient mit nasale im Ventilationsgerät zur Behandlung und Einstellung im Schlaflabor |
Mehr als ein Prozent der Bevölkerung der Industriestaaten leidet während des Nachtschlafs an Störungen der Atmung, die ihren Ausdruck finden in vermehrter Atmungsanstrengung mit lautem und unregelmäßigem Schnarchen sowie in zeitweiligen Atemstillständen (Apnoen).
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Patient mit nasale im Ventilationsgerät zur Behandlung und Einstellung im Schlaflabor |
Das Zentrale Entwicklungslabor für Elektronik (ZEL) der Philipps-Universität Marburg hat sich seit 1981 in enger Kooperation mit der schlafmedizinischen Arbeitsgruppe im Zentrum für Innere Medizin intensiv mit der Diagnostik und Therapie der Obstruktiven Schlafapnoe (OSA) befasst.
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Ausschnitt einer Untersuchung im Schlafmedizinischen Labor. Dargestellt sind wiederholte Atemstillstände, verbunden mit lautem und unregelmäßigem Schnarchen sowie Abfällen des Sauerstoffgehaltes im Blut. |
Die Betroffenen haben einen qualitativ schlechten Schlaf, sie erleiden Mangel an Sauerstoff und Retention von Kohlendioxid, u. U. gefährliche Veränderungen der Herzfrequenz sowie Blutdruckerhöhungen im kleinen und im großen Kreislauf. Frühinvalidität, vermehrte Sterblichkeit infolge von Herzinfarkt und Schlaganfall sind als Konsequenz bei unbehandelten Patienten zu beobachten.
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… und mit transportablen Überwachungsgerät. |
Zahlreiche, heute auf der ganzen Welt verbreitete diagnostische Verfahren konnten in Kooperation mit industriellen Herstellern entwickelt werden. Die Marburger haben das heutige hohe Niveau in der Schlafforschung weltweit maßgeblich mit geprägt.
