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Aus CRISTA wird CRISTA-NF

Das neue Gerät wurde erstmals in die russische Geophysica eingebaut/ Wuppertaler Spektrometer soll Troposphäre und Stratosphäre untersuchen

 

Nachdem das Wuppertaler Satellitengerät CRISTA einen Ehrenplatz im Deutschen Museum in München erhalten hat, ruhen sich die Physiker der Bergischen Universität keineswegs auf ihren Daten (Lorbeeren) aus, sondern suchen neue Herausforderungen. So wurde u. a. ein neues Instrument mit dem Namen CRISTA-NF entworfen. Dieses neue Projekt - NF steht für Neues Flugzeugexperiment, bzw. New Frontiers (engl. "Neue Herausforderungen") - wird in Kooperation mit dem Forschungszentrum Jülich durchgeführt, wo ein ehemaliges Mitglied des Wuppertaler CRISTA-Teams, Prof. Dr. Martin Riese, das Institut für Chemie und Dynamik der Stratosphäre leitet.

Erstes Einpassen von CRISTA NF in die Geophysica (v.l.n.r.): Vinzenzo Fracassi (Forschungszen-trum Jülich FZJ), Dr. Fred Stroh (FZJ), Friedhelm Olschewski (Uni Wuppertal) und Armin Afchine (FZJ).

In einer gemeinsam von den Wuppertaler Weltraumforschern mit dem Forschungszentrum Jülich, dem Deutschen Wetterdienst, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und dem Deutschen Fernerkundungs-Datenzentrum Oberpfaffenhofen veranstalteten Verbundseminarwurde CRISTA-Bilanz gezogen. Beispiele: Die Tropopause, also die Oberkante der Wolken in ca. 15 Kilometern Höhe, spielt beim Klimaproblem eine wichtige Rolle. Hier wurde die Turbulenz der Atmosphäre gemessen, die u.a. für die Ausbreitung von Spurengasen (Schadstoffen) wichtig ist. Ein Ergebnis: Es wurden ca. 500 Prozent mehr Turbulenz festgestellt als bisher angenommen. Schwerewellen, eine von vielen Sorten von Wellen in der Atmosphäre (ähnlich wie im Ozean), beschleunigen oder bremsen die Winde im Höhenbereich 10 - 100 km; CRISTA hat erstmals diese Beschleunigungen quantitativ nachgewiesen. Beim Ozonverlust spielen Wolken eine entscheidende Rolle. CRISTA hat solche Wolken (Polarwirbel, Gebiet des Ozonlochs) erstmals ihrer Größe nach bzw. ihre zeitliche Entwicklung bestimmt. Vom Satelliten aus konnte erstmals ein bestimmter Wolkentyp eindeutig identifiziert werden. In Stratosphäre und Mesosphäre (20 - 80 km) konnten erstmals Rauchfahnen-ähnliche Spurengas-Verteilungen und ihre zeitliche Entwicklung nachgewiesen werden. Dies ist für das Verständnis des Transports - auch des Ozons - besonders wichtig.

Axel Schönfeld (Forschungszentrum Jülich) und Peter Knieling (Uni Wuppertal) beim Systemtest der CRISTA-NF-Elektronik.

Die Idee zu dem neuen Gemeinschaftsprojekt CRISTA NF wurde 2002 geboren. Die Grundidee: Man nehme von den drei ursprünglichen CRISTA-Teleskopen das zentrale Doppelspektrometer, baue einen neuen Kryostaten (Spezialbehälter) dafür, passe die hochkomplizierte Elektronik an und setze das Ganze dann auf das russische Höhenforschungsflugzeug M55 Geophysica.

Aus Alt macht Neu klingt zunächst ganz einfach, doch bedurfte es enormer Anstrengungen, um die Optik an die geänderten Bedingungen anzupassen. Das Teleskop war zwar vorhanden, doch da das Instrument nicht im Weltraum, sondern vom Flugzeug aus eingesetzt werden soll, musste sowohl eine Umlenkoptik als auch ein vakuumdichtes und infrarotdurchlässiges Fenster konstruiert werden. Die Elektronik brauchte einen neuen Steuer- und Datenerfassungsrechner - der alte stammte noch aus den 80er Jahren des vorigen Jahrhunderts - und ein alternatives Lagemesssystem, weil das alte mit Hilfe eines Sternsensor am Satelliten seine Position bestimmte. Der Rechner wurde im Forschungszentrum Jülich gebaut, das Lagemesssystem von Diplom-Physiker Peter Knieling an der Bergischen Universität entworfen.

Die thermische Auslegung des neuen Kältemittelbehälters, der das Teleskop auf ca. 260 Grad kühlen soll, erfolgte durch Prof. Dr. Klaus-Ulrich Großmann von der Bergischen Uni. Auch dabei waren die Berechungen des Satellitengerätes und die jahrelange Erfahrung im Bau von Kryostaten eine große Hilfe, um in kürzester Zeit zu einer praktikablen Designlösung zu gelangen. Schon im Herbst 2003 gab es den Critical Design Review, also den Startschuss für die Fertigung des Kältemittelbehälters in der Zentralabteilung Technologie des Forschungszentrums Jülich. Im Juli 2004 überstand die Vakuumhülle und deren Flugzeugaufhängung, bestückt mit Massendummies, bei der DLR in Berlin-Adlershof einem Vibrationstest, mit dem die Lebensdauer der kritischen Halterung im Flugzeug geprüft wurde. Der Heliumtank, dessen Inhalt (120 Liter) die Optik zwei Tage lang auf minus 260 Grad stabilisieren soll, ist inzwischen fertig.

Der mit Superisolation verkleidete CRISTA-NF-Heliumtank, hier mit Vincenzo Fracassi (r.) und Sven Franzen (beide Forschungszentrum Jülich).

Am 15. Januar kam es zu einer ersten Begegnung zwischen CRISTA-NF und der Geophysica, die auf dem Weg vom Moskau nach Brasilien einen Zwischenstopp in Oberpfaffenhofen einlegte. Gemeinsam mit russischen Mechanikern wurde das 360 kg schwere Instrument in die Bay 1 des Höhenforschungsflugzeugs erfolgreich ein- und wieder ausgebaut. Auch die neue alte Elektronik hat ihren ersten Systemtest hervorragend bestanden.

Zur Zeit laufen in Jülich die letzten Vorbereitungen für den ersten Kältetest von CRISTA-NF, der im Februar stattfinden soll. Anschließend kommt das Gerät nach Wuppertal, damit die empfindliche Optik im Reinraum der Halle Naturwissenschaften auf dem Grifflenberg integriert werden kann. Die folgenden Eichmessungen sollen Klarheit über die Messempfindlichkeit des Instruments liefern. Für den Sommer sind dann zwei Testflüge mit der Geophysica von Oberpaffenhofen aus geplant, bevor CRISTA-NF ihren ersten großem wissenschaftlichen Einsatz hat. Im November und Dezember 2005 soll CRI-STA-NF im Rahmen der "SCOUT tropics Kampagne" gemeinsam mit anderen Geräten auf der Geophysica Untersuchungen zum Troposphären-Stratosphären-Austausch speziell in den Tropen machen. Dazu wird CRISTA-NF über Dubai und Kuala Lumpur nach Australien fliegen.

Rektor Prof. Dr. Volker Ronge hatte zur Eröffnung des CRISTA-Verbundseminars am 10. Januar das Netzwerk der Institutionen hervorgehoben, zu dem die Wuppertaler Forscher gehören. Das Netzwerk mit Kern in Wuppertal sei kein Zufall. CRISTA sei ein Jahrzehnt lang ein ganz wesentlicher, aber atypischer Beitrag zum Drittmittelvolumen der (jungen) Bergischen Uni gewesen. Bei den Wuppertaler Forschern und ihren Verbundpartnern sei Fortgang gleich Fortschritt: Von dem, was CRISTA und andere Folge-Projekte herausfänden, hänge manches auf der Erde, Wohlbefinden, Lebensqualität usw. in erheblichem Maße ab. Prof. Dr. Ronge: "An dem Institutionen-Verbund haben wir - als kirchenmausarme - Hochschule natürlich besonderes Interesse."
 

Forschungspartner (v.n.l.r.): Prof. Dr. Dirk Offermann, Wuppertal, Dr. Susanne Rohs, Forschungszentrum Jülich FZJ, Dr. Martin Kaufmann, Dr. Cornelius Schiller und Dr. Rolf Müller, alle FZJ, Dipl.-Phys. Matthias Donner, Wuppertal, Prof. Dr. Martin Riese, FZJ, Dr. Wolfgang Steinbrecht, Deutscher Wetterdienst DWD, Oberpfaffen-hofen, Dr. Peter Preusse, FZJ, Dipl.-Phys. Peter Knieling, Dr. Michael Jarisch und Doan Binh Trieu, alle Wuppertal, Dipl.-Phys. Andreas Kullmann, FZJ, Dipl.-Phys. Anastatios Stomas, Zürich, Dr. Jens Oberheide, Wuppertal, Dr. Peter Winkler, DWD, Dr. Oleg Gudev und Prof. Dr. Klaus-Ulrich Großmann, beide Wuppertal.

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