Panorama

Genauere Navigation und Quantensensorik in der Raumfahrt

03.06.2022 - DLR eröffnet Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik in Hannover.

Zentimetergenaue Navigation, ein abhör­sicheres Internet oder autonome Steuerung von Fahrzeugen ohne Funk­verbindung – das Versprechen neuartige Instrumente auf Basis quanten­mechanischer Verfahren und Methoden. Das Institut für Satelliten­geodäsie und Inertial­sensorik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Hannover entwickelt solche Technologien. Am 30. Mai wurde das Institut offiziell eröffnet. Zukünftig sollen etwa hundert Mitarbeiter in sechs Abteilungen an den Standorten Hannover und Bremen tätig sein.

„Quantentechnologien werden die Welt dramatisch verändern“, sagte Anke Kaysser-Pyzalla, Vorstands­vorsitzende des DLR anlässlich der Eröffnung, „Mit satellitengestützter Satellitengeodäsie und der Inertial­sensorik, wird es uns zukünftig möglich sein, den Klimawandel zu beobachten, Masse­verände­rungen der Eismassen zu vermessen und Rückschlüsse auf den Haushalt des Grundwassers zu ziehen.“

Die Lösung gesellschafts­relevanter Heraus­forderungen wie Klimawandel, Wasser­ressourcen, Energie­versorgung, Digita­li­sierung, zukünftige Mobilität und Sicherheit wird von den Innova­tionen der Quanten­technologie und Quanten­sensorik profitieren. Dasselbe gilt für zukünftige Raumfahrt­missionen. So werden die Quanten­metrologie und die mit ihr eng verbundene Quanten­sensorik neue Präzisions­standards setzen und neue Anwendungs­felder erschließen, deren Potenzial heute beispielsweise für zukünftige autonome Systeme noch nicht absehbar ist. Mit Quanten­technologie moderni­sierte Satelliten sowie innovative neue Satelliten­konzepte werden um Größen­ordnungen leistungs­fähiger als die aktuelle Generation sein.

Mit der Gründung des DLR-Instituts für Satelliten­geodäsie und Inertial­sensorik im Sommer 2019 hat sich das DLR eine gute Position geschaffen, um diese Entwicklung für die Lösung gesell­schaft­licher Fragen auch dank eines aktiven Technologie­transfers für den Wirtschafts­standort Deutschland mitzusteuern. Eingebettet in ein renommiertes wissen­schaft­liches und infra­struktu­relles Umfeld in Hannover und Bremen, wird das DLR den Transfer aus der hier stark vertretenen quanten­techno­logischen Grund­lagen­forschung in innovative Anwendung gemeinsam mit der Industrie gestalten.

Auch für die satellitengestützte Erdbeob­achtung, Kommunikation und Navigation bietet die Quanten­sensorik ein großes Potenzial. Quanten­eigen­schaften (wie die quanten­mechanische Verschränkung und das Super­positions­prinzip oder Methoden der Materie­wellen-Inter­fero­metrie) ermöglichen die Entwicklung von neuartigen, hoch empfindlichen und sichereren Sensoren. Quanten­sensorik basierend auf der Materie­wellen-Inter­ferometrie ermöglicht, Rotation und Beschleunigung mit beispiel­loser Langzeit­stabilität zu messen und kann beispielsweise zur Flug­stabili­sierung und -navigation eingesetzt werden. Eine Weiter­entwicklung dieser Technologie verspricht zukünftige hochpräzise Lageregelung von Satelliten, zur Abstands­regelung bei Formations­flügen eines Satelliten­schwarms oder auch zur präzisen Schwere­feld­vermessung der Erde oder anderer Himmelskörper.

Optische Atomuhren mit lasergekühlten Quantengasen bieten um Größen­ordnungen höhere Genauigkeit für zukünftige raumzeit­liche terrestrische und weltraum­basierte Navigations­systeme. Zu den neuen Möglich­keiten zählen unter anderem relati­vistische Geodäsie (global geodätische Höhen­profile mit Genauigkeit im Zentimeter-Bereich), ein sicheres Internet und komplexe Netzwerk-Topologien.

Eine anstehende Mission des Instituts ist das Experiment BECCAL (Bose-Einstein-Condensate & Cold Atom Laboratory), dass 2026 auf die Internationale Raumstation ISS gebracht werden soll. BECCAL ist ein gemeinsames Projekt mit der NASA. Dieses Projekt, bei dem inter­nationale Forscher­gruppen viel­fältige Experimente in Schwere­losigkeit durchführen werden, ist gleichzeitig auch eine Demonstrations­mission, die die Reife und die Möglich­keiten dieser Technologie zeigen wird.

Das Land Niedersachsen hat im Vorfeld der Gründung zwei Millionen Euro in die Aufbau­planung des Instituts investiert und für den Aufbau des Instituts insgesamt weitere 17 Millionen Euro bewilligt. Zukünftig wird das Institut mit jährlich zehn Millionen Euro aus Mitteln des Bundes­ministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz, 890.000 Euro aus Mitteln des Landes Niedersachsen sowie 220.000 Euro aus Mitteln des Landes Bremen finanziert.

DLR / RK

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