"Nur das Beste ist gut genug"

Idustrieelektronik

Kabel – Wissenschaftliche Einrichtungen sind oftmals sehr komplex. Das gilt auch für Radioteleskope, und die eingesetzten Komponenten wie zum Beispiel Kabel müssen extreme Bedingungen aushalten.

22. Juli 2013

In der Eifel steht tief im Wald ein riesiges Ohr und horcht seit 1971 in den Weltraum. Mit diesem Ohr haben die Wissenschaftler schon mehrfach Wasser im All entdeckt, bis zu elf Milliarden Lichtjahre entfernt. »Dafür standen wir dann auch im Mittelpunkt des Interesses«, sagt Dr. Alex Kraus, der Leiter des bekannten Radioteleskops Effelsberg, welches die Max-Planck-Gesellschaft betreibt. »Wir betreiben ein astronomisches Observatorium und messen die Radiowellen, die Objekte im Universum aussenden. Diese Wellen sind mit dem Licht vergleichbar, aber sehr viel langwelliger.«

Die Idee ist, ein Bild über die Chemie und Physik im Universum zu erhalten. »Dabei kommen wir dem Urknall schon recht nahe.« Um generell Objekte auch trotz der Störstrahlung genau zu erfassen, bedienen sich die Wissenschaftler eines Tricks: Sie messen die Quelle plus Weltraumrauschen und ziehen das reine Rauschen davon ab. Auf diese Weise erhalten sie exakte Ergebnisse. Irgendwann kommt aber ein Punkt, an dem die Störstrahlung, das so genannte Rauschen, zu stark wird und die Kompensationsalgorithmen überfordert sind.

Vor einiger Zeit wurde eine komplette radioastronomische Durchmusterung der Milchstraße fertiggestellt, mit einer Wellenlänge von elf Zentimetern. Dessen galaktisches Zentrum im Sternbild Schütze könnten optische Teleskope gar nicht vermessen, denn es sit durch Staub verdeckt. »Mit unserem Radioteleskop geht das sehr wohl und so ergänzen sich die verschiedenen Disziplinen«, erklärt Dr. Kraus.

Neben der Auffindung von Wasser konnten Wissenschaftler mit dem Effelsberger Teleskop jüngst die Existenz eines Pulsars in eben jenem Zentrum bestätigen. Durch die Erforschung von Pulsaren, also von Sternleichen mit riesiger Masse und schneller Rotation, lässt sich ermitteln, ob Einstein mit seiner Relativitätstheorie richtig lag. »Das ist bis jetzt absolut der Fall.«

Großer Aufwand

Um solche Ergebnisse zu erzielen, ist ein großer Aufwand vonnöten. Das Radioteleskop wiegt 3.200 Tonnen, aber es ist höchst empfindlich und muss darum möglichst weit entfernt von störenden Wellen sein wie die von Handys oder Zündanlagen in Autos. »Wir haben bei einer aktiven Fläche von 7.500 Quadratmetern eine Abweichung von 0,5 Millimetern«, sagt Rainer Sachert, Betriebsingenieur beim Teleskopbetreiber.

Für mehr Genauigkeit installierte der Betreiber 2006 einen neuen Umlenkspiegel, mit einem extrem kleinen Oberflächenfehler von unter 60 Mikrometern und 96 aktiven Elementen. »Wir sind an ein globales Netzwerk mehrerer Teleskope angeschlossen und tragen Verantwortung für die Genauigkeit und Brauchbarkeit der Ergebnisse.«

Leistungsfähige Kabel

Darum wurde ein neuer Subreflektor, genauer gesagt ein so genannter Gregory-Reflektor mit einer aktiven Oberfläche und einem Hexapod-Antrieb installiert. Eine entscheidende Rolle spielen dabei Komponenten von Lapp aus Stuttgart. Der Kabelspezialist war der einzige Anbieter, der die hohen Anforderungen erfüllen konnte. »Lapp-Kabel sind sehr biegsam und geschmeidig«, sagt Rainer Sachert.

»Das ist wichtig, in unserem Teleskop treten hohe Torsionskräfte auf, denn das System fährt permanent, wenn auch in der Feinausrichtung so langsam, dass es mit dem bloßen Auge kaum zu erkennen ist. Im Extremfall kommen wir auf nur vier Motorumdrehungen pro Minute.«

Das Teleskop muss immer mit dem Objekt mitwandern, das ist die größte Herausforderung und verursacht gleichzeitig auch den immensen Aufwand. Dabei sind zwei Koordinaten bestimmend: Der Azimut steht für die Drehung der Erde und die Elevation für den Öffnungswinkel, also die Höhe über em Horizont. »Beide Einflussgrößen permanent und sehr genau zu vereinbaren, ist Aufgabe und des gesamten Systems.«

Zum Betrieb von Gleichstrommaschinen mit einer Leistung von 17,5 Kilowatt sind sowohl für Azimut als auch Elevation Lapp-Kabel verbaut. »Die Leistungsfähigkeit der Anlage hängt sehr stark und direkt von den eingesetzten Elektronikkomponenten zusammen und da spielen die Kabel von Lapp dank der hochwertigen Verarbeitung eine entscheidende Rolle. 08/15-Komponenten finden Sie bei uns nicht«, sagt Rainer Sachert. »Insgesamt dürfen wir uns keinen Ausfall erlauben. Da ist das Beste gerade gut genug.«

Viele Kabelabschnitte sind der UV-Strahlung sowie Widrigkeiten des Wetters schutzlos ausgeliefert. Starker Frost tritt in der rauen Eifel genauso auf wie brütende Temperaturen und Hagel, zudem ist die Blitzgefahr recht hoch. »Darum sind wir auf Komponenten mit einer sehr guten Abschirmung angewiesen.

Die Ölflex-Leitungen, die wir verwenden, haben separat ummantelte, feinstlitzige Einzeladern, und da kann nichts passieren.« Ergänzend hat der Betreiber im Leitstand Zugriff auf sehr genaue Wetterbeobachtung und -vorhersagen. »All das ist elementar für uns«, sagt Rainer Sachert.

Der technische Leiter vertraut mit seinem Team schon seit langer Zeit auf Kabel und Lichtwellenleiter von Lapp. »Für die letzten 20 Jahre kann ich mich verbürgen, in dieser Zeit haben wir wegen der hohen Güte sehr viele Lapp-Komponenten gekauft.« Im Teleskop sind auch noch andere Komponenten wie Kabelverschraubungen oder Anschlussklemmen aus dem Sortiment von Lapp verbaut. »Es ist mir wichtig, das komplette System aus einer Hand zu bekommen, weil dann die Abstimmung passt.«

Rauschen reduzieren

Sehr lange Kabelstrecken liegen im sogenannten Königszapfenlager, über das sich das gesamte Teleskop dreht und in dem die Versorgungsstränge für Spannung und Regelung sowie für die Messergebnisse geführt werden.

»Da kommen einige Kilometer an Leitungen zusammen, die Lapp an uns geliefert hat. Und wir erneuern nach über 40 Jahren Messbetrieb laufend«, fasst Rainer Sachert zusammen. Die gesamte Empfangseinheit ist auf -260 Grad Celsius heruntergekühlt, um die Ergebnisse nicht zu verfälschen und das Elektronenrauschen auf ein Minimum zu reduzieren.

In den Energieführungsketten kommen durchweg nur Spezialkabel zum Einsatz, da die Anforderungen speziell sind. »Da wir sehr langsam fahren, bleibt viel Zeit, in der die Isolationen aufeinander reiben können. Darum müssen die Kabel extrem widerstandsfähig sein und den starken Twist bei Temperaturen zwischen 20 bis 50 Grad Celsius mitmachen. Da hat uns Lapp sehr gut beraten, die technische Kompetenz ist sehr hoch«, sagt Rainer Sachert.

- Das Radioteleskop Effelsberg ist das zweitgrößte seiner Art weltweit und seit 1971 in Betrieb.

- Kabel von Lapp aus Stuttgart, wegen der hohen Zuverlässigkeit und technischen Güte.

- Außerdem von Lapp im Einsatz sind Kabelverschraubungen sowie Anschlussklemmen.

- Die Spezialkabel müssen extrem widerstandsfähig sein und den starken Twist bei Temperaturen zwischen 20 bis 50 Grad Celsius mitmachen.

- Ständige Erneuerung der Elektronikkomponenten, wegen Verschleiß und für mehr Genauigkeit.

- Neuer Umlenkspiegel, mit einem extrem kleinen Oberflächenfehler von unter 60 Mikrometern und 96 aktiven Elementen.

Erschienen in Ausgabe: 05/2013