Optischer Bandpassfilter für Mars-Rover Perseverance

Herausforderung  

Bereits 2016 bekam das Fraunhofer IST den Auftrag zur Beschichtung von Bandpassfiltern für die Mission Mars2020. Die Beschichtungsmaterialien der optischen Filter mussten dafür bezüglich ihrer Strahlungsstabilität vorab charakterisiert werden. Der optische Filter für diese Mars-Mission sollte temperaturstabil in einer Vielzahl thermischer Zyklen im Thermal-Vacuum-Test sein. Die optischen Filter für den Weltraumeinsatz wurden auf ein Glas beschichtet, welches auf den Sensor geklebt werden sollte.

Lösung  

Es wurde ein Design für einen optischen Bandpassfilter mit Zentralwellenlänge 950 nm berechnet, welches zudem unter einem Winkel von 15° nur eine geringe Verschiebung aufweist. Dazu wurden  Tantalpentoxid und Siliziumoxid ausgewählt, um die Strahlungsstabilität der optischen Filter zu gewährleisten. Der Schichtstapel umfasste 137 Schichten und eine Gesamtdicke von 14 µm. Die Abscheidung wurde auf dem Produktionssystem EOSS® unter Steuerung und Schichtdickenkontrolle durch die Software MOCCA+® durchgeführt. Anschließend mussten die Quarzgläser zur Erfüllung einer randlosen Beschichtung auf die Größe von (5,1 x 6,3) mm zugeschnitten werden.

Mehrwert  

Diese speziell für Weltraumanwendungen konzipierten optischen Filter konnten alle Vortests passieren und wurden in das RDS-System integriert. In diesem mussten sie über mehrere Jahre noch einmal 3000 thermische Zyklen von -135 auf +45 °C zur Simulation der Missionszeit auf dem Mars passieren. Die Temperaturstabilität der optischen Filter konnte erfolgreich nachgewiesen werden. Sie konnten nach der Landung des Rovers Perseverance im Februar 2021 zur Staubanalyse beitragen.