Diese deutsche Technik steckt im Roman-Teleskop

Das Nancy Grace Roman Space Telescope ist inzwischen unterwegs. Am 30. August 2026 hob das NASA-Observatorium an Bord einer Falcon Heavy von SpaceX vom Kennedy Space Center in Florida ab. Rund eine halbe Stunde später trennte sich Roman von der Oberstufe und begann seine rund dreimonatige Reise zum zweiten Lagrange-Punkt L2, etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt.

Der Großteil des Teleskops entstand unter Führung der NASA und ihrer amerikanischen Partner. Ein Blick tiefer in Sensorik, Leistungselektronik und Optik führt allerdings mehrfach nach Deutschland. Jena-Optronik liefert Sternsensoren für die Lagebestimmung, Infineon strahlungsgehärtete Leistungshalbleiter und Jenoptik optische Komponenten für das Wide Field Instrument. Beim Coronagraph Instrument wiederum kommt hochpräzise Technik vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und von einem Industriepartner aus Schwetzingen.

Welchen Anteil hat deutsche Technik am Roman Space Telescope?

Das Nancy Grace Roman Space Telescope ist ein gutes Beispiel dafür, wie international die Lieferketten großer Weltraummissionen inzwischen aufgebaut sind. Das bedeutet allerdings auch, dass sich der deutsche Anteil nicht auf ein einzelnes Instrument oder Subsystem reduzieren lässt. Die Komponenten sitzen an sehr unterschiedlichen Stellen des Teleskops.

Besonders unmittelbar wird das bei Sensorik und Leistungselektronik. Jena-Optronik liefert drei Sternsensoren, die Roman bei der Bestimmung seiner Ausrichtung unterstützen. Infineons strahlungsgehärtete Leistungshalbleiter sind Teil der Bordelektronik. Jenoptik hingegen arbeitete an optischen Elementen des Wide Field Instrument. Beim zweiten wissenschaftlichen Instrument, dem Coronagraph Instrument, führt die Lieferkette zum Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg.

Wie findet Roman mit Sternsensoren aus Jena seine Orientierung?

Damit Roman schwache astronomische Signale präzise erfassen kann, muss das Teleskop sehr genau wissen, wohin es im Raum zeigt. Eine zentrale Rolle spielen dabei Sternsensoren. Sie nehmen den Sternhimmel auf, erkennen charakteristische Sternmuster und gleichen diese mit einem hinterlegten Sternkatalog ab. Aus diesen Daten lässt sich die räumliche Orientierung des Raumfahrzeugs bestimmen.

Für Roman liefert Jena-Optronik drei Sternsensoren vom Typ Astro APS sowie ein Testsystem aus Optical Sky Stimulator und Unit Tester. Mit letzterem ließ sich die Funktion der Sensoren bereits auf der Erde unter realitätsnahen Bedingungen überprüfen.

Technisch ist der Astro APS auch deshalb interessant, weil Optik, Sensor und Auswerteelektronik in einem kompakten Gehäuse zusammengefasst sind. Als Detektor kommt strahlungsharte CMOS-Active-Pixel-Sensor-Technologie zum Einsatz. Die analoge Auslese- und Abfrageelektronik befindet sich direkt auf dem Detektorchip. Dadurch sinkt gegenüber CCD-basierten Systemen die Zahl zusätzlicher Bauelemente und damit auch der Platzbedarf auf der Leiterplatte. Jena-Optronik nennt für den Sensor eine Masse von rund zwei Kilogramm, eine Leistungsaufnahme von etwa fünf Watt und eine Genauigkeit von weniger als einer Bogensekunde bei 1 Sigma. Speziell ausgewählte elektronische Bauelemente und Softwarealgorithmen sollen zusätzlich dazu beitragen, mit Strahlungsereignissen umzugehen. Für Roman sind die Sternsensoren damit Teil einer größeren Regelkette. Erst aus dem Zusammenspiel von Lageinformation, Flugsoftware und Aktoren entsteht die für die wissenschaftlichen Beobachtungen erforderliche Stabilität.

Warum das Roman Space Telescope technisch so besonders ist

18 gekühlte Infrarotsensoren, aktive Spiegel und bis zu 11 Tbit Daten pro Tag: Das Roman Space Telescope ist ein technisches Gesamtsystem unter extremen Bedingungen. Besonders spannend wird es dort, wo Tests reale Schwachstellen offenlegten.

Wie schützt Infineon die Leistungselektronik vor Strahlung?

Eine zweite deutsche Spur führt deutlich tiefer in die Bordelektronik. Infineon bestätigte nach dem erfolgreichen Start, dass strahlungsgehärtete HiRel-Leistungshalbleiter des Unternehmens in Roman integriert sind. Der Betrieb am Lagrange-Punkt L2 stellt besondere Anforderungen an elektronische Komponenten. Hochenergetische Teilchen können Halbleiterstrukturen beeinflussen, Ladungen erzeugen und elektrische Eigenschaften dauerhaft verändern. Bei einer Mission, die über Jahre ohne Reparaturmöglichkeit arbeiten soll, muss diese Belastung bereits bei Auswahl und Qualifikation der Bauelemente berücksichtigt werden.

Bei der Charakterisierung spielen etwa Total Ionizing Dose, kurz TID, und Single Event Effects, SEE, eine Rolle. TID beschreibt die über längere Zeit akkumulierte Wirkung ionisierender Strahlung auf einen Halbleiter. SEE gehen dagegen auf einzelne hochenergetische Teilchen zurück. Je nach Bauelement können solche Ereignisse vorübergehende Fehlfunktionen auslösen oder zu dauerhaften Schäden führen.

Nach Angaben von Infineon sind die in Roman eingesetzten HiRel-Leistungshalbleiter nach MIL-PRF-Standards mit TID- und SEE-Charakterisierung qualifiziert. Die Strahlungsfestigkeit soll dabei bereits aus der Halbleiterarchitektur resultieren und damit auf Bauelementebene ansetzen. Das HiRel-Portfolio von Infineon umfasst unter anderem strahlungsgehärtete Silizium-Power-MOSFETs, GaN-Transistoren, Gate-Treiber, Solid-State-Relais und Dioden. Welche einzelnen Produkttypen davon konkret im Roman Space Telescope verbaut sind, nennt das Unternehmen allerdings nicht. Auch aus der Hervorhebung des JANS-qualifizierten 100-V-GaN-Transistors in der Unternehmensmeldung lässt sich daher nicht ableiten, dass genau dieses Bauteil mit Roman ins All geflogen ist.

Welche Optik von Jenoptik steckt im Wide Field Instrument?

Beim Wide Field Instrument, kurz WFI, führt die deutsche Beteiligung wieder nach Jena. Das WFI ist die große Infrarotkamera von Roman und soll mit seinen 18 Detektoren großflächige Himmelsdurchmusterungen durchführen. Neben klassischen Bildaufnahmen ermöglicht das Instrument auch spektroskopische Messungen. Dafür besitzt das WFI unter anderem ein Grism und ein Prisma. Beide Elemente zerlegen einfallendes Licht in verschiedene Wellenlängen. Aus den entstehenden Spektren lassen sich beispielsweise Informationen über Eigenschaften und Bewegung astronomischer Objekte gewinnen.

An Fertigung und Tests dieser beiden optischen Komponenten waren Jenoptik, das US-Unternehmen Optimax und das Goddard Space Flight Center der NASA beteiligt. Die Anforderungen gingen dabei über die reine Fertigungspräzision bei Raumtemperatur hinaus. Grism und Prisma wurden in einer Kryovakuumkammer bei rund minus 123 °C getestet. Dabei musste sichergestellt werden, dass die durch die Abkühlung verursachten Materialänderungen die späteren Spektren nicht unzulässig verzerren. Beide Komponenten bestanden die entsprechenden Tests.

Damit liegt ein deutscher Beitrag direkt im optischen Messpfad des wissenschaftlichen Hauptinstruments. Die Qualität der Bauteile beeinflusst, wie sauber das Licht in seine spektralen Bestandteile zerlegt wird und damit letztlich, welche Informationen sich aus den WFI-Daten gewinnen lassen.

Diese Technik aus Heidelberg steckt im James-Webb-Teleskop

Die Bilder, die das James-Webb-Weltraumteleskop zur Erde geschickt hat, faszinieren Menschen auf der ganzen Welt. Einen Anteil daran haben Komponenten, die am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg entwickelt und gebaut wurden. Welche das sind.

Was kommt beim Roman-Koronografen aus Heidelberg?

Besonders präzise wird es beim zweiten wissenschaftlichen Instrument von Roman. Das Coronagraph Instrument, kurz CGI, soll Technologien demonstrieren, mit denen sich sehr lichtschwache Exoplaneten unmittelbar neben ihren erheblich helleren Muttersternen beobachten lassen. Dafür kombiniert der Koronograf spezielle Masken mit aktiver Wellenfrontkorrektur. Das Ziel ist anspruchsvoll: Das CGI soll Planeten erfassen können, deren Zentralstern bis zu einer Milliarde Mal heller ist.

Das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg entwickelte, fertigte und testete dafür zentrale optomechanische Komponenten. Die sogenannten Precision Alignment Mechanisms positionieren beispielsweise Filter, Spiegel und Elemente des Koronografen. Insgesamt entstanden sechs Flugmodelle und sechs zusätzliche Ingenieurmodelle. Die zulässigen Abweichungen zeigen, wie empfindlich das System ist. Während einer achtstündigen Beobachtung dürfen sich die optischen Elemente laut MPIA um maximal 40 Millibogensekunden verkippen. Das entspricht ungefähr dem Winkel, unter dem ein Mensch in Los Angeles von Heidelberg aus erscheinen würde.

Beim Bau der Precision Alignment Mechanisms wurde das MPIA von von Hoerner & Sulger aus Schwetzingen unterstützt. Das Heidelberger Institut beteiligt sich darüber hinaus an Software zur Verarbeitung technischer und wissenschaftlicher Daten sowie an der Vorbereitung der Beobachtungen.

Warum die Positioniermechanismen für das Coronagraph Instrument so wichtig sind

Die extreme Kontrastleistung des Coronagraph Instrument ergibt sich nicht allein aus den Koronografenmasken. Entscheidend ist, dass das gesamte optische System dauerhaft nahezu perfekt ausgerichtet bleibt. Bereits kleinste Verschiebungen oder Verkippungen einzelner optischer Elemente können Streulicht erzeugen und den Kontrast deutlich verschlechtern. Deshalb setzt das CGI auf eine Kombination aus Koronografenmasken, deformierbaren Spiegeln zur aktiven Wellenfrontkorrektur und hochpräzisen Positioniermechanismen. Die deformierbaren Spiegel korrigieren kleinste Fehler im Wellenfrontprofil des Sternenlichts, während die Precision Alignment Mechanisms Filter, Spiegel und weitere optische Komponenten reproduzierbar in definierte Positionen bringen.

Die Anforderungen bewegen sich dabei in einem Bereich, der weit über klassische Präzisionsmechanik hinausgeht. Laut MPIA dürfen sich bestimmte optische Elemente während einer mehrstündigen Beobachtung nur um wenige Dutzend Millibogensekunden verändern. In diesem Genauigkeitsbereich wirken sich bereits mikroskopische thermische Verformungen, Materialspannungen oder minimale Spielbewegungen in Mechaniken auf die Bildqualität aus. Das Coronagraph Instrument dient dabei als Technologiedemonstrator. Es soll Verfahren für künftige Weltraumteleskope erproben, die erdähnliche Exoplaneten direkt abbilden könnten.

Präzisionsantriebe aus Schönaich für das Weltall

Auch für die Bewegung der optischen Komponenten kommt Technik aus Deutschland zum Einsatz. Die Precision Alignment Mechanisms verwenden bürstenlose DC-Motoren von Faulhaber aus Schönaich. Zum Einsatz kommen Motoren der Familie 1628 B in Verbindung mit Planetengetrieben der Serie 15/10. Auch die Anschlusskabel wurden für die Anwendung angepasst.

Für die Weltraumqualifikation wurden die Antriebe und Mechanismen zum Beispiel über einen Temperaturbereich von etwa -35 bis 80 °C sowie im Hochvakuum getestet. Hinzu kamen Vibrations- und Schockprüfungen. Auch die in den Motoren integrierten Hall-Sensoren wurden gezielt bestrahlt, um ihre Funktion unter den erwarteten Strahlungsbedingungen zu überprüfen.

Damit trifft im Positioniersystem klassische Antriebstechnik unmittelbar auf Elektronik und Sensorik. Die Motoren müssen die optischen Elemente nicht nur bewegen, sondern ihre Position so reproduzierbar einstellen, dass die extrem kleinen zulässigen Winkelfehler des Koronografen eingehalten werden können.

Was bei Elektronik für den Weltraum zu beachten ist

Die Anforderungen an Elektronik im Weltraum sind hoch: klein, leicht und vor allem strahlungsfest muss sie sein. Warum das nötig ist, wie es funktioniert und mehr, liefert Ihnen unsere Übersicht.

TL:DR: Deutsche Technik übernimmt Schlüsselaufgaben in Roman

Im Nancy Grace Roman Space Telescope steckt deutsche Technik auf mehreren Ebenen. Drei Astro-APS-Sternsensoren von Jena-Optronik unterstützen die Lagebestimmung, während strahlungsgehärtete HiRel-Leistungshalbleiter von Infineon für den zuverlässigen Betrieb elektronischer Systeme unter den Strahlungsbedingungen am L2 qualifiziert sind.

Auch im wissenschaftlichen Messpfad findet sich Technik aus Deutschland. Jenoptik war gemeinsam mit Optimax und NASA Goddard an Fertigung und Tests von Grism und Prisma des Wide Field Instrument beteiligt. Die Komponenten ermöglichen spektroskopische Messungen und wurden dafür unter kryogenen Vakuumbedingungen geprüft.

Beim Coronagraph Instrument entwickelte das Max-Planck-Institut für Astronomie hochpräzise Positioniermechanismen für Spiegel, Filter und Koronografenelemente. von Hoerner & Sulger unterstützte deren Bau. Die Mechanismen dürfen sich über acht Stunden nur um wenige Millibogensekunden verkippen und zeigen damit, wie eng Mechanik, Elektronik, Regelung und Optik bei Roman gekoppelt sind.