6. Juni 2019

Ohne die Atmosphäre im Weg zu haben, kann die NASA einige der präzisesten Bilder aus dem Weltraum aufnehmen. Die Technologie hinter der Weltraumfotografie muss die von erdgebundenen Kameras übertreffen. Fotoausrüstung im Weltraum ist schwieriger zu warten. Um sicherzustellen, dass alles bereit ist, Teil eines Weltraumforschungsprogramms zu sein, müssen Geräte umfangreiche Tests durchlaufen. Erfahren Sie mehr über die Kameras und andere Geräte, die im Weltraum eingesetzt werden, und die strengen Standards, denen sie standhalten müssen.

Welche Dinge im Weltraum hat die NASA fotografiert?

Im Laufe der Jahre hat die NASA verschiedene Körper im Weltraum fotografiert, einige von der Erde und andere aus dem Orbit. Zu den bekanntesten gehören Bilder, die die öffentliche Vorstellungskraft eingefangen haben, indem sie Objekte auf eine Weise zeigen, die sich die meisten Menschen auf der Erde nicht vorstellen können. Viele dieser Bilder sind zu kulturellen Ikonen geworden, die dazu beigetragen haben, die Perspektive der Menschen auf die Erde und ihren Platz im Universum zu verändern.

Earthrise

Apollo 8 Astronauten schnappten dieses berühmte Bild im Jahr 1968, während sie den Mond umkreisten. Es zeigt die Erde, die über dem Mondhorizont aufsteigt, wie ein wachsender Mond über der Erde. Dieses Bild relativiert, wie klein unser Planet aus dem Weltraum erscheint. Bis zum Bild konnten sich nur wenige die Erde als etwas so Kleines vorstellen, dass ein einziges Foto sie einfangen konnte.

Kurz nachdem die Öffentlichkeit das Bild gesehen hatte,startete die Umweltbewegung. Autor Jeffrey Kluger und viele andere schreiben das Bild von Earthrise mit diesem Ereignis. Nur zwei Jahre nachdem die Besatzung von Apollo 8 das Bild aufgenommen hatte, richteten Umweltschützer am 22.April 1970 den ersten Earth Day ein.

Astronauten

Lange vor Selfies mit Handys haben Astronauten während ihrer Arbeit im Weltraum Fotos von sich und einander gemacht. Ob auf einer Raumstation schweben oder Schritte auf dem Mond unternehmen, Astronauten haben ihre Bemühungen in Bildern dokumentiert, die die NASA mit der Öffentlichkeit geteilt hat.

Einige Bilder — wie menschliche Fußabdrücke auf dem Mond – inspirieren. Andere — wie die von Astronauten, die kopfüber auf der Internationalen Raumstation schlafen – zeigen die Realitäten des Lebens im Weltraum. Durch diese Bilder können Menschen auf der Erde das Leben von Astronauten sehen und ihnen eine Vorstellung davon geben, was Menschen, die durch den Weltraum reisen, in Zukunft erleben werden.

Nebel

Fotos, die mit der Advanced Camera for Surveys des Hubble—Weltraumteleskops — dem ACS von HST – aufgenommen wurden, zeigen einen breiten Wellenlängenbereich von ultraviolett bis sichtbar, sodass Nebel fotografiert werden können. Diese Körper sind die Geburtsorte der Sterne. Wenn man diese Sternenkindergärten sieht, rückt eine Himmelsfigur wie die Sonne in die Perspektive eines anderen mittelgroßen Sterns.

Die Nebelfotografien dienen jedoch einem anderen Zweck als der Philosophie. Die Formen von Nebeln erscheinen vage ähnlich, unterscheiden sich jedoch drastisch von allem auf der Erde. Die Namen dieser Körper deuten auf ihre möglichen Ähnlichkeiten hin, wie die Säulen der Ewigkeit, die nur ein Teil des Adlernebels sind. Fotos dieser Körper zeugen von der atemberaubenden, unerwarteten Schönheit jenseits der Erdatmosphäre.

Planetenoberflächen

Rover, die zu anderen Planeten und Monden geschickt wurden, haben Fotos der Landschaften aufgenommen und diese Bilder zur Erde zurückgeschickt. So schickten Sojourner und Pathfinder 1997 Bilder von der Marsoberfläche an die NASA. So detailliert Satellitenbilder geworden sind, Durch die Betrachtung von Planeten und Monden direkt von der Oberfläche aus können Bilder die relativen Höhen von Bergen und Tiefen von Kratern genauer darstellen.

Die ersten Bilder der Marsoberfläche schockierten viele, die Ansichten einer außerirdischen Zivilisation erwarteten. Aber diese Fotografien illustrierten auch die Weite einer Welt ohne die Verwitterungseffekte des Regens, den wir hier auf der Erde haben. Die trockene, staubige Marslandschaft fasziniert weiterhin diejenigen auf der Erde, die Bilder der jüngsten Lander-Mission durchforsten.

Close Orbital Views

Bilder von Raumsonden wie Voyager 1 und 2 zeigten viel höhere Details von Planeten und Monden im Sonnensystem, als erdgebundene Teleskope sehen konnten. 1979 passierte Voyager 1 Jupiters Vulkanmond Io und fing einen zufälligen Vulkanausbruch ein, der eine Wolke hoch über der Oberfläche erzeugte. Obwohl die NASA solche Bilder nicht machen wollte, wurde es das erste Bild eines Vulkans irgendwo außerhalb der Erde.

Deep Space Images

Im Jahr 2004 verbrachte das Hubble-Weltraumteleskop 1 Million Sekunden damit, eine Aufnahme des Weltraums mit mehr als 10.000 Galaxien aufzunehmen. Das Teleskop benötigte 400 Erdumlaufbahnen, um das Bild vollständig aufzunehmen. Obwohl es einer langen Belichtung bedurfte, erregte dieses Bild die Fantasie der Zuschauer auf der ganzen Welt.

So wie das Earthrise-Bild den Planeten klein genug zeigte, um in ein einziges Foto zu passen, zeigte das berühmte Bild des HST die Weite des Universums und die Bedeutungslosigkeit unserer eigenen Milchstraße. Die Erde dreht sich um einen Stern, der zu den Milliarden im Universum gehört. Dieses Foto inspiriert zur weiteren Erforschung des Weltraums auf der Suche nach anderen erdähnlichen Planeten, die wahrscheinlich jenseits des Sonnensystems existieren.

Hintergrundbilder

Nicht alle Bilder enthalten sichtbares Licht. 1992 zeigte der Cosmic Background Explorer der NASA Mikrowellenstrahlung, ein Überbleibsel des Urknalls. Dieses Bild gewann die NASA einen Nobelpreis im Jahr 2006 für seine Beiträge zur Wissenschaft. Während andere Fotos nur das zeigen, was Menschen sehen können, zeigte das Bild der Mikrowellen im Universum das Spektrum jenseits des sichtbaren Lichts. Es zeigte Überreste des Urknalls, die heute überall im Universum auf eine Kamera mit dem richtigen Objektiv warten, um sie zu sehen.

Kometen

Die NASA hat nicht nur Bilder von vorbeiziehenden Kometen aufgenommen, sondern auch Nahaufnahmen dieser Körper. Am 4. Juli 2005 machte die NASA ein Foto von einem Projektil, das den felsigen Kern des Kometen Tempel 1 traf. Es fing auch den Kometen Shoemaker-Levy ein, der 1994 auf Jupiter traf.

Die Nahaufnahme eines Kometen veränderte die Meinung vieler Menschen über diese Himmelskörper. Während wir sie im Allgemeinen von der Erde aus nur als helle Streifen sehen, gibt das Sehen des Gesteins, das den Kern bildet, ein klareres Bild davon, was Kometen sind.

Erde

Satelliten im Orbit fotografieren regelmäßig die Erdoberfläche. Die Landsat-Satelliten der NASA haben seit dem Start des Programms im Jahr 1972 konsequent Bilder der Erde umkreist und aufgenommen.

Heute ist das Landsat-Programm nicht das einzige, das Satellitenbilder der Erde aufnimmt. Kommerzielle und Sicherheitssatelliten machen dasselbe. Oft teilen sie ihre Fotos jedoch nur mit Kunden bzw. Diese kleinen und mittleren Satelliten haben nicht die dauerhafte Kapazität eines größeren Körpers, der den Planeten umkreist, aber sie benötigen immer noch Haltbarkeit und dauerhafte Kameras, um so lange wie möglich nützlich zu bleiben.

Die Sonne

Um Bilder der Sonne angemessen aufzunehmen, verwendet die NASA spezielle Instrumente. Mit diesen kann es dramatische Ansichten von Sonneneruptionen und Sonnenflecken fotografieren. Diese Bilder zeigen die Sonne als mehr als eine Glühbirne und Heizung für den Planeten. Durch die Überwachung von Solarfotos können Forscher mehr über die Vorgänge erfahren, die Energie für die Sonne erzeugen.

Wie machen sie Bilder im Weltraum?

Wie fotografieren Astronauten im Weltraum? Die Antwort hängt von der Anwendung ab. Auf der Internationalen Raumstation ISS machen Astronauten schnell Fotos vor dem Fenster. Da sich die ISS so schnell bewegt, haben die Astronauten keine Zeit, eine Kamera für eine Aufnahme einzurichten oder die Objektive zu wechseln. Um sicherzustellen, dass sie eine großartige Aufnahme machen, halten Astronauten immer acht Kameras in der Kuppel der Raumstation bereit, damit jemand eine Kamera greifen und bei Bedarf ein Bild aufnehmen kann.

Wenn es darum geht, Fotos vom Hubble-Weltraumteleskop aufzunehmen, verfügt das Gerät über mehrere Kameras, um Bilder vom Weltraum aufzunehmen. Anstatt als visuelles Teleskop zu fungieren, wie es Astronomen auf der Erde verwenden, funktioniert das HST eher wie eine Digitalkamera, um Bilder auf die gleiche Weise wie eine Handykamera aufzunehmen. Radiowellen übertragen diese digitalen Bilder dann zurück zur Erde. Die digitalen Bilder erfordern mehrere Instrumente, um Fotos aufzunehmen, einschließlich Kameras für sichtbares Licht, Infrarotsensoren und Wärmemelder.

Die Arten von Sensoren und Kameras am Hubble-Weltraumteleskop sind unerlässlich, da die Ausrüstung des HST jahrelang halten muss. Seit seinem Start im Jahr 1993 gab es nur fünf geplante Wartungsmissionen zur Reparatur des Teleskops.

Welche Materialien verwendet das Hubble-Weltraumteleskop?

Materialien auf dem HST müssen Temperaturschwankungen von über 100 Grad pro Umlaufbahn um die Erde standhalten. Zusätzlich wird das Äußere des Hubble von der Strahlung der Sonne bombardiert, ohne Schutz vor der Atmosphäre, die erdgebundene Teleskope haben.

Die Struktur des Teleskops selbst besteht nur aus einer dünnen Aluminiumschicht, außerhalb dieser befinden sich Isolationsschichten. Eine Schicht besteht aus Decken, die auch als mehrschichtige Isolierung oder MLI bezeichnet werden. Im Laufe der Zeit brachen Bereiche des MLI durch Strahlenbelastung und Temperaturschwankungen zusammen. An Stellen, an denen diese Isolierung repariert oder ausgetauscht werden musste, patchten Astronauten die HST mit neuen äußeren Deckschichten.

Der Skelettbinder hält die Haut von den Instrumenten im Inneren fern. Aus graphit epoxy, diese truss hat eine leichte, aber starke, textur. Auf der Erde verwenden Sportgeräte wie Tennisschläger, Fahrradrahmen und Golfschläger Graphit-Epoxid in ihrer Konstruktion, um Festigkeit, Langlebigkeit und geringes Gewicht zu kombinieren.

Andere Instrumente als Kameras helfen dem HST, sich zu bewegen und die benötigten Körper anzuvisieren. Die feinen Führungssensoren ermöglichen es dem HST, auf das Objekt gerichtet zu bleiben, das er fotografiert, indem er die Entfernungen zwischen dem Zielkörper und den nahe gelegenen Führungssternen verwendet. Um Schwarze Löcher zu untersuchen, muss das HST mit dem Space Telescope Imaging Spectrograph Licht in sein Farbspektrum aufteilen. An Bord des HST befindet sich auch ein Wärmesensor namens Nahinfrarotkamera und Multiobjektspektrometer. Der Cosmic Origins Spectrograph untersucht die Teile der ultravioletten Strahlung, um Gase im Universum zu untersuchen. Darüber hinaus bietet HST Weltraumfotografiekameras, um Bilder von außerhalb unseres Sonnensystems aufzunehmen.

Welche Kameras sind auf dem HST?

Zwei Hauptkameras für sichtbares Licht auf dem HST helfen dabei, die bekanntesten Bilder von diesem Teleskop aufzunehmen. Sowohl die Advanced Camera for Surveys, ACS, als auch die Wide-Field Camera 3 oder WFC3 ermöglichen es Wissenschaftlern von der Erde, Fotos aus dem Weltraum aufzunehmen.

Das ACS verfügt über drei Kameras – Weitfeld-, Solarjalousie- und hochauflösende Kameras. Die hochauflösende Kamera ging 2007 offline und Astronauten konnten sie 2009 bei Reparaturen der ACS-Kameras nicht reparieren. Die Weitfeldkamera nimmt große Bilder des Universums auf. Wenn Sonnenstrahlung ultraviolettes Licht stört, verwenden Wissenschaftler die Solar Blind Camera, die heiße Sterne und andere ultraviolett emittierende Körper erfasst. Die hochauflösende Kamera könnte Bilder in Galaxien aufnehmen. Der WFC3 ersetzt einen Teil dieser Funktion.

Die erste Kamera des Hubble-Weltraumteleskops, die WFC3, kann Bilder in einer Reihe von Lichtspektren aufnehmen — im nahen Ultraviolett, im sichtbaren und im nahen Infrarot. Die Bilder von WFC3 und ACS geben den Astronomen zusammen ein klareres Bild des Universums, als jede Kamera allein erreichen kann. Der WFC3 hatte in letzter Zeit jedoch einige Probleme. Die Kamera wurde im Herbst 2018 aufgrund eines Hardwareproblems heruntergefahren. Während Hubble über eine integrierte Backup-Elektronik verfügt, müssen Astronauten erhebliche Probleme am HST beheben.

Wie halten die Kameras der rauen Umgebung stand?

Um den rauen Bedingungen standzuhalten, verfügt der HST über Isolierdecken außerhalb seiner Aluminiumstruktur. Sowohl eine mehrschichtige Isolierung als auch neue Deckschichten schützen das Innere des Teleskops. Innerhalb der Struktur haben die Instrumente ausreichenden Schutz, um sicher zu funktionieren.

Langlebige Komponenten und Backup-Systeme sorgen dafür, dass die Kameras der HST mit möglichst wenig menschlichem Eingriff funktionieren. Da diese Kameras nicht mit irdischen Film- oder Digitalkameras identisch sind, nehmen sie Bilder anders auf.

Wie unterscheidet sich das Fotografieren im Weltraum von der Fotografie auf der Erde?

Die Weltraumfotografie hat viele Faktoren, die sich mit dem Fotografieren auf der Erde überschneiden, und andere, die sich unterscheiden. Im Weltraum verdeckt die Atmosphäre das Sonnenlicht nicht, so dass alles heller und klarer erscheint. Die Geschwindigkeit der ISS oder des Shuttles spielt auch eine Rolle, wie schnell Astronauten Bilder aufnehmen müssen. Sie haben Sekunden, bevor das Schiff den fotografierten Ort passiert. Es bleibt keine Zeit, die Kameraobjektive zu wechseln oder die Objektivdeckel zu entfernen, bevor Sie ein Foto aufnehmen.

Wenn es um die HST geht, funktioniert die Space Photography Camera nicht als Standardkamera auf Filmbasis. Der HST hat eine Linse, die sich öffnet, um Licht zuzulassen. Wissenschaftler verwenden mehrere Filter, um Informationen zu erfassen. Nachdem das HST diese Daten zurück zur Erde übertragen hat, kombinieren die Wissenschaftler die Daten und fügen Farbe hinzu, basierend auf dem Filter, durch den das Licht eintritt. Aus der Ferne gesehen würden die Galaxien nicht so lebendig erscheinen wie die farbkorrigierten Fotos. Ein Betrachter, der näher an einigen Galaxien liegt, würde jedoch wahrscheinlich Farben sehen, die den Bildern des HST nahe kommen.

Welche Testverfahren müssten Kameras durchlaufen, bevor sie in den Weltraum gebracht werden?

Beim Testen von Kameras für den Weltraum kommen mehrere Faktoren ins Spiel. Die Geräte müssen robust genug sein, um den Strapazen der Raumfahrt und den Bedingungen im Orbit standzuhalten. Wie alles, was für den Weltraum bestimmt ist, müssen Kameras strenge Testbedingungen durchlaufen, bevor sie zur Verwendung zugelassen werden. Die Simulation der rauen Bedingungen und das Testen der für den Bau der Kameras verwendeten Materialien tragen dazu bei, dass die Kameras für den Einsatz im Weltraum bereit sind.

Bei NTS bieten wir Materialprüfungen an, um die Haltbarkeit der Materialien zu überprüfen, die bei der Herstellung von Komponenten von Raumfahrzeugen verwendet werden. Einige von uns angebotene Materialprüfungsprogramme umfassen Folgendes:

• Zusammensetzung
• Korrosion
• Ermüdung
• Entflammbarkeit
• Biegung
• Auswirkung
• Ozon- und Gasexposition
• Scherung
• Zug / Druck
• Thermisch
• Thermomechanische Analyse

Unsere Anlage verfügt über die Ausrüstung, um sicherzustellen, dass die in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendeten Materialien den FAA-Richtlinien und RTCA DO-160 entsprechen. Die American Association for Laboratory Accreditation hat unsere Labore nach ISO/IEC 17025 zertifiziert. Indem Sie die Materialien für Raum prüfen, können Sie überprüfen, dass die Strukturen die Haltbarkeit haben, in der rauen Umwelt zu dauern.

Ein weiteres Mittel, um bestimmte Materialien und Fertigteile für den Weltraum bereit zu machen, ist die Durchführung von Weltraumsimulationen. Eine thermische Vakuumkammer ermöglicht das Testen von Raumfahrzeugen und deren Komponenten in einer Umgebung, die der des Weltraums und des äußersten Teils der Erdatmosphäre ähnelt. Sonneneinstrahlung, eisige Temperaturen und ein hohes Vakuum sind die Bedingungen, unter denen die untersuchten Materialien oder Geräte leiden.

Diese Einstellungen können Reaktionen in den Materialien des Raumfahrzeugs hervorrufen, die auf der Erde nicht zu sehen sind. Beispielsweise erhöhen erhöhte Temperaturen und Vakuum die Wahrscheinlichkeit von Ausgasungen durch Gasreaktionen. Durch die Erkennung, wann Ausgasungen auftreten, können Weltraumsimulationstests Fehler in Raumfahrzeugen vorhersagen. Die Untersuchung auf Ausgasung ist kritisch, da sie eine der häufigsten Fehlerursachen bei solchen Fahrzeugen ist.

Temperaturextreme sind ebenfalls von entscheidender Bedeutung, da Satelliten im Orbit heiß und kalt sind, wenn sie Sonnenlicht ausgesetzt sind oder nicht. Die Temperaturen in unserer Prüfkammer haben einen Bereich von -320 bis 1.000 Grad Fahrenheit, mit der Möglichkeit, Explosionen bis zu 10.000 Grad Fahrenheit zu testen. Das Fahrzeug, das diesen Bedingungen standhält, kann der Hitze und Kälte des Weltraums problemlos standhalten.

Thermische Vakuumprüfungen, wie wir sie durchführen, sind seit ihrer Gründung eine tragende Säule des US-Raumfahrtprogramms, und bei NTS haben wir 50 Jahre Erfahrung darin, Produkte für die Luft- und Raumfahrtindustrie und andere zu testen, um zu sehen, wie gut sie extremen Umgebungen standhalten können. Die Durchführung von Testprogrammen in thermischen Vakuumkammern ist nicht das einzige, was wir tun. Bei NTS bieten wir ähnliche Tests an, um Raumfahrzeuge und andere Geräte an ihre Grenzen zu bringen.

Welche ähnlichen Tests bietet NTS an?

Damit ein Raumschiff sein Ziel erreichen kann, muss sein Antriebssystem funktionieren. Das Testen von Materialien für den Weltraum erfordert mehrere Komponentenprüfungen. Schiffe müssen sich wie erwartet bewegen, unabhängig davon, ob sie eine Besatzung an Bord haben oder nicht. Ein Teil des Prozesses der Bewertung von Antriebssystemen erfordert zu sehen, wie sie unter den gleichen Bedingungen im Weltraum arbeiten. Die Weltraumsimulation ist für Antriebstests ebenso wichtig wie für die Überprüfung der Integrität der Struktur eines Fahrzeugs.

Antriebstests erfordern, dass der Motor still bleibt, während er seine Leistung misst. Wir verwenden statische Tests, um die grundlegende Leistung des Motors zu bewerten. Als nächstes wechselt das System zu unserem Schubmesssystem, das mit Systemen bis zu 50.000 Pfund Schub arbeiten kann. Da solche Systeme einen hohen Geräuschpegel erzeugen, verwenden wir wassergekühlte Kanäle, um den Schall für eine leisere Testanlage zu dämpfen.

Ein weiterer kritischer Aspekt beim Testen von Raumfahrzeugen ist die Satellitenauswertung. Wir können sowohl große als auch kleine Raumfahrzeuge testen, obwohl diese Kategorien unterschiedliche Anforderungen haben. Größere Satelliten bleiben für mindestens 10 Jahre in der geostationären Umlaufbahn, aber kleinere Schiffe halten nur zwischen einigen Wochen und vier Jahren und umkreisen auf niedrigem oder mittlerem Niveau. Die kürzere Lebensdauer und die niedrigeren Umlaufbahnen bedeuten, dass kleine und mittlere Satelliten im Vergleich zu höheren Satelliten unterschiedlichen Umweltbelastungen ausgesetzt sind.

Satelliten mit niedriger und mittlerer Erdumlaufbahn erfordern andere Einstellungen für die Weltraumsimulation als größere Geräte mit geostationärer Umlaufbahn. Unsere Weltraumsimulationseinrichtungen ermöglichen die Anpassung der Bedingungen, um realistische Tests zu gewährleisten, bevor ein Raumfahrzeug in die Umlaufbahn geht.

Sprechen Sie mit einem Experten für Weltraumfotografie-Kameratests und ähnliche Verfahren

Wenn Sie Fragen zu unseren Testmethoden, Zertifizierungen, Ingenieuren oder dem Management unserer Lieferkette haben, kontaktieren Sie uns online über unser Expertenformular. Sollten Sie sich entscheiden, dass Ihr Unternehmen von unseren Testprogrammen profitieren würde, fordern Sie ein Angebot von uns bei NTS an. Mit 50 Jahren Erfahrung in der Entwicklung von Tests und Simulationen für die Luft- und Raumfahrt verfügen wir über die Fähigkeiten, um sicherzustellen, dass Ihre Produkte für den Antrieb in der Luft- und Raumfahrt und die raue Umgebung jenseits der Erde bereit sind.