Mit einer speziellen Biegetechnik und elektrostatischer Aktuierung könnten die Nasa-Nachfolger des James-Webb-Teleskops (JWST) viel größer ausfallen und erst im All gebaut werden. Aus dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) stammt das Bend-Forming-Verfahren, das nun Spezialisten weiterentwickelt haben. Damit sollen 100 Meter große Spiegel möglich werden. Zum Vergleich: Das JWST besitzt einen Spiegeldurchmesser von 6,5 Metern – und ist das bislang größte Teleskop.

Im Zuge des Nasa Innovative Advanced Concepts (NIAC) soll der Vorschlag von Zachary Cordero auf die nächste Stufe gebracht werden. Im Zuge des Programms sollen auch neue Nuklearantriebe erprobt werden. Cordero leitet das Labor für Luftfahrtmaterialien und Strukturen des MIT, das sowohl auf neue Werkstoffe als auch Fertigungstechniken im All spezialisiert ist.

Die Idee von Zachary Cordero und Jeffrey Lang, der vom Microsystems-Labor des MIT stammt, besteht aus mehreren Komponenten. Zum einen soll der Spiegel, das Kernstück des Teleskops, erst im All gebaut werden. Die Probleme bestehen dabei in den Bereichen Stabilität und Präzision.

Das Team will beide gelöst haben und damit Spiegeldurchmesser von 100 Metern ermöglichen. Dafür kombinieren sie den 3D-Druck von Gitterstrukturen für ein robustes Untergestell mit einer Fertigungstechnik auf elektrostatischer Ebene, um die geforderte Genauigkeit zu erreichen.

Über Bend-Forming können Drahtgitterstrukturen vor Ort erzeugt und gebogen werden. So erstellen die Ingenieure an den Knotenpunkten „Gelenke“, die die ganze Struktur stabilisieren.

Die CNC-Drahtbiegemaschine kann im All die komplette Trägerstruktur biegen. Das Verfahren braucht wenig Energie, erstellt Strukturen mit hohen Verdichtungsverhältnissen und besitzt quasi keine Größenbeschränkungen.

Über elektrostatische Kräfte lassen sich auch feinste Metallstrukturen ganz gezielt modifizieren. Darüber könnte das System eine Reflektoroberfläche mit einer Präzision im Sub-Millimeter-Bereich konstruieren.

Die Nasa nennt noch einen Vorteil des Vorschlags: Die smarten Produktionsstrukturen ermöglichen den Einsatz von multifunktionalen Materialien und „durchbrechen damit die Konstruktionsparadigmen“, die herkömmliche Weltraumstrukturen begrenzen. Beispiellose Kombinationen von Größe, Masse, Steifigkeit und Präzision seien dadurch erreichbar.

Auf der kürzlich beendeten Sci-Tech-Konferenz präsentierten Cordero und Lang einen ersten Prototyp mit Reflektor, der über elektrostatische Aktuatoren geformt wurde und auf einer biegegeformten Trägerstruktur sitzt.

Mit dem NIAC-Zuschuss will die Forschungsgruppe die Technologie weiterentwickeln und einen Mikrowellen-Radiometrie-Reflektor in der geostationären Umlaufbahn bauen. Er soll Temperaturprofile von Exoplaneten erstellen, um deren Bewohnbarkeit zu prüfen.