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Glass Industry News

Präziser Blick in die Sonne dank temperaturstabiler Glaskeramik

, SCHOTT

Es ist das vierte seiner Klasse, das auf Glaskeramik von SCHOTT setzt: Das große Sonnenteleskop GREGOR wurde im Mai offiziell eingeweiht und erforscht die Geheimnisse unseres Zentralgestirns mit einem hochpräzisen, 1,5 Meter durchmessenden ZERODUR® Hauptspiegel.

Primärspiegel von Sonnenteleskopen sind enormen thermischen Belastungen ausgesetzt. Dabei darf sich ihre Geometrie nicht einmal im Mikrometerbereich unkontrolliert verändern, sonst leidet die nötige Abbildungsgenauigkeit. Die größten und neusten Sonnenteleskope wie das Big Bear New Solar Telescope (NST), „Sunrise“ und das Swedish Solar Telescope (SST) nutzen darum als Spiegelwerkstoff ZERODUR®. Die Glaskeramik des internationalen Technologiekonzerns SCHOTT dehnt sich auch bei extremen Temperaturbedingungen so gut wie nicht aus.

Auch die Entwickler des Großteleskops GREGOR unter Federführung des Freiburger Kiepenheuer-Instituts für Sonnenphysik entschieden sich für ZERODUR®. Am 21. Mai
nahm das Sonnenteleskop, eines der größten in Europa, im Observatorio del Teide des Instituto Astrofisica des Canarias (IAC) auf Teneriffa offiziell seinen wissenschaftlichen Betrieb auf.

Der Nachfolger des deutlich kleineren Gregory-Coudé-Teleskops ist mit sieben Spiegeln, davon fünf aus ZERODUR®, sowie einer adaptiven Optik zur Kompensation von bildverfälschenden Luftbewegungen in der Erdatmosphäre ausgestattet und gilt als eines der leistungsfähigsten Sonnenteleskope der Welt.

Astronomen können mit ihm kleinste Strukturen von etwa 70 Kilometern Größe auf der rund 150 Millionen Kilometer entfernten Sonne erkennen, um die Wechselwirkung von
Magnetfeldern und solaren Plasma-Turbulenzen besser zu verstehen.

Dazu verhilft in erster Linie ein ZERODUR® Hauptspiegel mit 1,5 Metern Öffnungsdurchmesser, der nach anspruchsvollsten Spezifikationen gefertigt wurde. Dies beginnt beim
Glaskeramikwerkstoff, der nur eine möglichst geringe Anzahl von Blasen und Einschlüssen enthalten darf. Denn diese würden nach dem Schleifen und Polieren des Spiegels kleinste Streulichtzentren auf der Glasoberfläche erzeugen und somit letztlich die optische Qualität beeinträchtigen. Die komplexe Spiegelgeometrie durfte zum Teil nicht mehr als 40 Mikrometer – eine halbe Haarbreite – von den vorgegebenen Werten abweichen. Die Oberfläche ist darüber hinaus asphärisch geformt, verfügt also mittig über eine andere Krümmung als an den Außenrändern. Diese sogenannte Hüllkurve wurde so nah an der Endkontur gefertigt, dass der Aufwand für das Polieren bei Carl Zeiss in Oberkochen deutlich reduziert wurde.

Auf der Rückseite erhielt der Spiegel eine aufwendige Taschenstruktur mit 420 Öffnungen, durch die der Spiegel aktiv gekühlt wird, um die Hitze der Sonneneinstrahlung auf der
Vorderseite abzuführen. Damit diese Kühlung keine optischen Nachteile zur Folge hat, muss der Ausdehnungskoeffizient des Spiegelmaterials über den gesamten Werkstoffblock hinweg extrem niedrig und homogen sein. „Wir konnten eine sehr gute Homogenität in sämtlichen Materialeigenschaften erreichen.

Außerdem haben wir in den drei Monaten Fertigungszeit von den insgesamt 450 zu erfüllenden, eng tolerierten geometrischen Merkmalen alle übertroffen“, resümiert Dr. Thomas Westerhoff, Leiter Produktgruppe ZERODUR® von SCHOTT. Dies gelang nicht zuletzt durch eine äußerst sorgfältige Arbeitsvorbereitung mit minuziös definierter Prozessabfolge und intensiven Zwischenkontrollen durch eigens geschulte Mitarbeiter.

GREGOR wird übrigens nicht das letzte Sonnenteleskop mit ZERODUR® Hauptspiegel bleiben: Kandidat Nummer fünf ist nach SCHOTT Angaben das mit einem 4-Meter-Spiegel weltgrößte Sonnenteleskop, das Advanced Technology Solar Telescope (ATST), das 2018 auf Hawaii in Betrieb gehen soll.

, SCHOTT

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