Das Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut HHI entwickelt eine Lasertechnologie, mit der Metalloberflächen so bearbeitet werden, dass sie Wärme im Weltraum wesentlich effizienter abstrahlen. Erste Proben wurden bereits unter Realbedingungen an der ISS getestet.
Da Wärme kann deshalb nicht wie auf der Erde durch Luftströmung oder Wärmeleitung an die Umgebung abgegeben werden kann, hat die Bordelektronik von Satelliten oder Raumfahrzeugen ein großes Überhitzungsrisiko. Wie gut die Abstrahlung in den Weltraum funktioniert, hängt entscheidend davon ab, wie viel Wärmestrahlung eine Oberfläche abgeben kann. Blanke Metalloberflächen aus Aluminium, Edelstahl oder Titan schneiden dabei schlecht ab: Ihre Emissivität liegt bei etwa zehn Prozent. Bisher wurden deshalb Lackbeschichtungen eingesetzt, die jedoch Gewicht und Startkosten erhöhen und durch Ausgasung, die Freisetzung von Gasen im Vakuum, Probleme verursachen können.
An diesem Punkt setzt die Arbeit des Forschungsteams um Prof. Dr. Eike Hübner am Fraunhofer HHI an. Mit einem Femtosekundenlaser werden Metalloberflächen aufgeraut, indem winzige Kegel im Mikrometerbereich in das Material gefräst werden. Die extrem kurzen Laserpulse verdampfen dabei einen Teil der Oberfläche, ohne das Material chemisch zu verändern oder mechanisch zu beschädigen. Das Ergebnis: Die thermische Emissivität steigt auf 95 bis 99 Prozent. In Tests hielten strukturierte Aluminiumoberflächen Temperaturen von bis zu 650 Grad Celsius stand. Da die Strukturen bis zum Schmelzpunkt des jeweiligen Metalls stabil bleiben, sind sie auf geeigneten Materialien auch bei höheren Temperaturen einsetzbar. Hinzu kommt, dass das Gewicht der Lackbeschichtungen wegfällt, was die Startkosten senkt.
Um das Verfahren breiter anwendbar zu machen, entwickelt das Team in Zusammenarbeit mit der Azimut Space GmbH einen Nanosekundenlaserprozess unter Sauerstoffatmosphäre. Dieser ist kostengünstiger und robuster als die Femtosekundentechnik, erreicht mit etwa 85 Prozent jedoch eine etwas geringere Emissivität.
Ob die strukturierten Oberflächen auch unter realen Weltraumbedingungen standhalten, wird derzeit ausgewertet: Seit Dezember 2024 sind laserbearbeitete Proben aus Aluminium und Titan im Rahmen eines ESA-Projekts an der Außenhülle der ISS angebracht. Inzwischen sind die Proben auf dem Rückweg zur Erde. Die Untersuchung auf Materialalterung, mögliche Beschädigungen und Veränderungen der Wärmeabstrahlungswerte steht noch aus. Die Technologie soll künftig über das Fraunhofer-Ausgründungsunternehmen Dythalis vermarktet werden, das sich vor allem an Hersteller von Satelliten und Kleinsttriebwerken richtet.