Wera merkt, wenn´s blitzt

Das World ELF Radiolocation Array (Wera) lauscht auf elektromagnetische Wellen mit extrem niedrigen Frequenzen, wie sie von Gewitterblitzen ausgehen. Lapp ist an dem Projekt zweier Hochschulen im polnischen Krakau mit robusten, perfekt abgeschirmten Leitungen beteiligt

08. Mai 2019
Wera merkt, wenn´s blitzt
(Bild: Jonny Lindner auf Pixabay)

Jeder kennt sie vom Autoradio: Ultrakurzwellen – kurz: UKW. Dutzende von Radiosendern drängen sich in dem engen Frequenzband zwischen 87,5 und 108 Megahertz.

Zu Zeiten des alten analogen Radios gab es noch Übertragungsbänder mit niedrigeren Frequenzen: Kurzwelle, Mittelwelle und Langwelle, letztere mit Frequenzen zwischen 30 und 300 Kilohertz.

Doch es geht noch niedriger: Elektromagnetische Wellen lassen sich auch unterhalb dieser Radio-Frequenzbänder erzeugen, aussenden und empfangen. Je nach Frequenz sprechen die Fachleute von Very, Ultra, Super oder Extremely Low Frequencies (ELF). Letztere bezeichnen den Bereich unter 30 Hertz.

Mehrfach um den Globus

ELF-Wellen zeichnen sich durch eine immense Reichweite aus, sie können sogar mehrfach um die Erde laufen. Das liegt an ihren sehr großen Wellenlängen. So ist die Wellenlänge eines Signals mit 7,8 Hertz so groß wie der Umfang der Erde. Bei der Ausbreitung solcher ELF-Signale bilden die Erdoberfläche und die Ionosphäre, eine Schicht der Atmosphäre mit elektrisch geladenen Partikeln, eine Art Tunnel, durch den sich diese Wellen bewegen.

Davon profitieren Wissenschaftler, die die Erdatmosphäre und die Natur der Blitze erforschen. Denn Gewitterblitze erzeugen kurze ELF-Pulse, die sich mit entsprechenden Antennen empfangen lassen. Auf diese Weise können die Forscher zum Beispiel so genannte Sprites studieren – Blitze, die aus einer Wolke heraus nach oben bis in 100 Kilometer Höhe schlagen.

Einige Länder wie Russland, Indien und China nutzen ELF-Sender auch zur Kommunikation mit U-Booten. Denn deren Signale dringen im Gegensatz zu »normalen« Radiofrequenzen, die von Wasser blockiert werden, bis zu 300 Meter tief in die Ozeane ein. Allerdings sind die damit übertragbaren Datenraten sehr niedrig.

Wera allerdings dient ausschließlich zivilen Zwecken. Initiiert wurde das Projekt vom Astronomischen Observatorium der Jagiellonen Universität und der Fakultät für Elektronik der AGH Universität für Wissenschaft und Technologie im polnischen Krakau. Beide Forschungseinrichtungen treiben das Projekt seit rund 15 Jahren voran.

Das elektrische Geschehen erforschen

Dabei messen und klassifizieren sie weltweit elektrische Entladungen in der Atmosphäre. Unter anderem unterstützen die polnischen Wissenschaftler Forscher, die den Einfluss von Sonneneruptionen und Röntgenstrahlung aus dem All untersuchen. Und Wera beteiligt sich an der Erforschung elektromagnetischer Störungen an den Gravitationswellendetektoren Ligo in den USA und Viro in Italien. Sie haben unlängst die Existenz von Gravitationswellen bestätigt.

Damit sich diese Phänomene möglichst genau orten lassen, müssen mehrere Messstationen zusammenarbeiten. Wera besteht aus drei solchen Stationen: in Rio Gallegos (Argentinien), in den Bieszczady-Bergen (Polen) und in Colorado (USA). Sie befinden sich in dünn besiedelten Gebieten, fernab von technischen Einrichtungen. So soll verhindert werden, dass Fremdsignale die empfindlichen Antennen stören.

Autonom und zuverlässig

Natürlich sollen die Stationen weitgehend autonom und möglichst zuverlässig arbeiten. Denn Ausfälle zu beheben ist aufwändig und teuer. Deshalb setzen die Initiatoren von Wera auf Komponenten von hoher Qualität.

Das Empfangsmodul der Station in Argentinien beispielsweise ist mit Unitronic Liycy und Unitronic Lifycy (TP) Leitungen verkabelt. Beide Leitungen sind konzipiert für die Niederfrequenz-Datenübertragung in Anlagen, in denen es eng zugeht. Dank feindrähtiger Litzen und Paarverseilung (TP-Variante) sind sie besonders dünn und biegsam.

Fest verlegt erlaubt die Unitronic Lifycy (TP) einen engen Biegeradius vom nur Vierfachen des Außendurchmessers. Dennoch halten die Leitungen bei fester Installation Temperaturen bis zu –40°C aus. Ein weiterer Pluspunkt ist die ausgezeichnete Abschirmung. Die Paarverseilung bei der TP-Variante verringert überdies das Übersprechen von Signalen zwischen den Stromkreisen.

Auch die Steuerleitung Ölflex Robust 215C – sie verbindet die Elektronik und die Antennen in der Station in Argentinien – ist robust und perfekt abgeschirmt. Das ist wichtig für ihre Funktion, schließlich darf die Leitung nicht selbst als Antenne wirken und elektromagnetische Signale auffangen oder aussenden. Die Ölflex Robust 215C ist witterungsbeständig, ozon- und UV-beständig und eignet sich bei fester Verlegung für einen großen Temperaturbereich von –50°C bis +80°C. Auch gegen eine Vielzahl von Stoffen wie Öl, Fett, Wachs, Ammoniakverbindungen, Biogas oder Warm- und Kaltwasser ist sie beständig.

Bei Leitungen im Freien ist immer die Stelle kritisch, an der die Leitung in ein Gehäuse eingeführt wird. Das Gehäuse darf hier nicht undicht und die Leitung sollte zugentlastet sein. Dafür setzen die Forscher auf die Skintop MS-M Kabelverschraubung von Lapp. Sie ist kältebeständig bis –40°C, besitzt einen doppelten Lamellenkorb und hält Leitungen bis 98 mm Durchmesser absolut sicher und fest. Außerdem ist sie nach IP69 zugelassen, hält also sogar noch dicht, wenn sie mit einem Hochdruckreiniger traktiert wird.