Raumfahrt

Anwendungen aus dem Bereich Raumfahrt erfordern häufig Lösungen an der Grenze des technisch Machbaren und gleichzeitig eine hohe Zuverlässigkeit. Diesen anspruchsvollen Anforderungen seiner Kunden stellt sich das Geschäftsfeld Space and Security des Fraunhofer IMS mit modernsten und innovativen MEMS Technologien (»micro-electro-mechanical systems«), die in flexible, zukunftssichere und zuverlässige Kundenendanwendungen mit Schwerpunkt auf optischen Sensoren münden.

Robotik im Weltraum

Eine solche moderne und innovative Technologie im Geschäftsfeld Space and Security des Fraunhofer IMS ist die BSI SPAD-Technologie (»backside illuminated single photon avalanche diode«). BSI SPAD-Arrays werden von den Kunden des Geschäftsfeldes als hochsensitive Detektoren in LiDAR-Sensoren (»light detection and ranging«) zur dreidimensionalen Erfassung der Umgebung für unterschiedlichste Anwendungen aus dem Bereich Raumfahrt, wie zum Beispiel für Robotik im Weltraum, eingesetzt. Hierfür werden in der kundenspezifischen Ausleseschaltung des BSI SPAD-Arrays für jedes Pixel digitale Zeitstempel generiert, die die Laufzeit eines vom LiDAR-Sensor ausgesendeten Laserimpulses mit einer Wellenlänge von 905 nm wiedergeben.

Aufgrund der kompakten und digitalen Ausleseschaltung können mittels moderner Wafer-zu-Wafer Bondverfahren am Fraunhofer IMS BSI SPAD-Arrays mit hoher Integrationsdichte für den Einsatz in LiDAR-Systemen mit hoher optischer Auflösung hergestellt werden. Dieser kundenspezifische Entwicklungsansatz erlaubt es dem Geschäftsfeld Space and Security des Fraunhofer IMS, je nach Kundenanforderung entweder besonders effiziente oder aber extrem schnelle BSI SPAD-Arrays als LiDAR-Sensoren anzubieten und ermöglicht damit, in herausfordernden Missionsszenarien wie zum Beispiel dem Weltraum vermehrt robotische Systeme einzusetzen.

Optische Sensoren zur Erdbeobachtung

Für die Erdbeobachtung aus dem Orbit bietet das Geschäftsfeld Space and Security des Fraunhofer IMS modernste optische Sensoren wie zum Beispiel CMOS-CCD-Detektoren (»complementary metal–oxide–semiconductor charge-coupled device«) im TDI-Betrieb (»time delay and integration«) an. Dabei wird der Fokus auf Sensoren für hochauflösende, multispektrale, optische Fokalebenen zukünftiger Satelliten zur Erdbeobachtung gelegt. Diese Satelliten werden unter anderem für das Abrastern von urbanen Gegenden für Anwendungen der Städteplanung und zur Unterstützung der Reaktion auf Naturkatastrophen und andere Krisen mit hochauflösendem Bildmaterial von definierten Zielgebieten eingesetzt.

Eine weitere innovative und zukunftsorientierte Technologie aus dem Geschäftsfeld Space and Security des Fraunhofer IMS sind ungekühlte IRFPAs (»infrared focal plane arrays«), die die bildgebende, passive Detektion von Wärmestrahlung ermöglichen. Je nach individueller, kundenspezifischer Anforderung eignet sich entweder der als MWIR (»mid wave infrared«) bezeichnete Wellenlängenbereich von 3 µm bis 5 µm oder der als LWIR (»long wave infrared«) definierte Wellenlängenbereich von 8 µm bis 14 µm besser zur Realisierung und Umsetzung der Anforderungen aus dem Bereich Raumfahrt.

So bieten sich MWIR-sensitive IRFPA-Sensoren vor allem zur Detektion und Überwachung sogennanter »heißer« Quellen mit einer Temperatur von mehreren hundert Kelvin an, wie es unter anderem in der Branddetektion der Fall ist. IRFPA-Sensoren aus dem Geschäftsfeld Space and Security des Fraunhofer IMS eignen sich zur Integration in Kleinsatelliten, die zur Branddetektion aus dem Weltall eingesetzt werden, um so die frühzeitige Brandbekämpfung vor Ort zu unterstützen.