In der Raumfahrt gibt es keinen Spielraum für Fehler. Optische Komponenten in Satelliten, Teleskopen und Raumschiffen müssen minimales Gewicht mit maximaler Zuverlässigkeit verbinden, extremen Temperaturschwankungen und Strahlung standhalten und ohne jede Möglichkeit zur Wartung im Einsatz funktionieren. Diese Bedingungen zwingen Hersteller dazu, ihre Bearbeitungsprozesse an die Grenze des technisch Machbaren zu bringen. Genau für dieses Umfeld – Genauigkeit im Nanometerbereich, lange Qualifizierungszyklen, Chargenkonstanz über Jahre – sind die Produkte von Pureon für die Oberflächen-Bearbeitung von Hightech-Materialien ausgelegt.

Ultra-Sol OPTIQ PRO an Bord von Orion

Die Fenster des Orion-Raumschiffs, das im April im Rahmen der Artemis-Mission zum Mond flog, wurden mit Pureon Ultra-Sol OPTIQ PRO auf höchste Präzision poliert – einer hochreinen Ceroxid-Slurry, die für das Präzisionspolieren von Borosilikatglas, Quarzglas und Glaskeramik entwickelt wurde.

Warum solch enge Toleranzen entscheidend sind, zeigt sich an den Folgen kleinster Abweichungen. Eine nicht optisch ebene Fensteroberfläche kann die Sicht verzerren und die strukturelle Integrität der Komponente beeinträchtigen. Bei Oberflächenfehlern oder Verunreinigungen kann zudem der Schutz gegen Strahlung leiden. Raumschiff-Fenster sind in der Regel mehrschichtige Verbunde: Ein dichter, optisch anspruchsvoller Kern wird mit weiteren Scheiben kombiniert, um das Gewicht zu steuern.

Jede optische Fläche muss dabei über ihre gesamte Apertur exakte Ebenheitsanforderungen erfüllen. Dass die Besatzung die Erde und die Rückseite des Mondes so klar sehen konnte, hängt in diesem Sinne unmittelbar mit der Qualität der Politur zusammen.

Die Beteiligung an einem Mondprogramm ist für Pureon kein Einzelfall. Das Unternehmen ist seit langem Zulieferer für Raumfahrt- und Wissenschaftsprogramme in Europa und den USA, unter anderem mit Beiträgen zur Präzisionsbearbeitung von Spiegeloptiken für bedeutende astronomische Instrumente.

Genauigkeit im Nanometerbereich

Die zentrale Herausforderung in der Weltraumoptik liegt in den Anforderungen an die Komponenten selbst: Genauigkeit im Nanometerbereich bei Rauheit und Ebenheit, präzise geometrische Masse, thermische Stabilität und Strahlungsbeständigkeit. Diese Parameter entscheiden darüber, ob ein Instrument zuverlässig arbeitet, sobald es ausser Reichweite ist.

«Die Raumfahrt braucht sehr viele Präzisionsoptik-Komponenten, die äusserst genau, robust und zuverlässig sind – ob in Satelliten, Teleskopen oder Raumsonden», sagt Angelo Di Nardo, General Manager EMEA Sales bei Pureon. «Wir reden von Präzision im Nanometerbereich, bei Rauheit ebenso wie bei Ebenheit.»

Wie weit diese Anforderungen reichen, lässt sich am Feld der grossen bodengebundenen Teleskope veranschaulichen. Moderne Instrumente dieser Klasse tragen Hauptspiegel von mehreren Metern – bei den ambitioniertesten Projekten von mehreren Dutzend Metern – Durchmesser, oft zusammengesetzt aus Hunderten einzelner Segmente, die zusammen als eine einzige optische Fläche wirken müssen.

Polierte Oberflächengenauigkeiten in der Grössenordnung weniger bis zehn Nanometer sind dabei üblich – dabei müssen sie nicht nur punktuell, sondern über den gesamten Spiegel eingehalten werden. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist rund tausendmal dicker als eine solche Toleranz. Optiken dieser Güte erlauben es Astronominnen und Astronomen, schwache, weit entfernte Objekte zu erfassen und Bereiche des Kosmos zu erforschen, die früheren Instrumentengenerationen verschlossen blieben.

Für die Bearbeitung grossformatiger Optiken dieser Art liefert Pureon Polier-Slurries in Kombination mit kompatiblen Poliertüchern. Welche Slurry zum Einsatz kommt, richtet sich nach Material und Anwendung: Ceroxid, Diamantsuspensionen, Aluminiumoxid oder kolloidales Siliziumdioxid. Sehr harte Substrate wie Saphir erfordern Diamantpartikel, weichere Gläser werden mit anderen Abrasivstoffen bearbeitet. Auch die Poliertücher werden gezielt nach Härte, Kompressibilität, Dicke und Oberflächenstruktur ausgewählt – von Polyurethan über Polyesterfaserfilz bis zu Polymer-Tüchern, jeweils abgestimmt auf die zu erzeugende Oberfläche.

Hochpräzise Oberflächen weit über die Raumfahrt hinaus

Dieselben Kompetenzen, mit denen Pureon Raumschiff-Fenster und Teleskopspiegel bearbeiten, fliessen in zahlreiche weitere Branchen ein: «Wir konzentrieren uns auf Lösungen zur Oberflächen-Bearbeitung von Hightech-Materialien, und das führt uns überallhin – von Hüftimplantaten in der Medizinaltechnik bis zu Raumschiffen, und allem dazwischen», sagt William Gemmill, Ph.D., Chief Innovation Officer bei Pureon.

Konkret heisst das: Medizinaltechnik, Kameras und Messtechnik, Halbleiterfertigung sowie Laser- und Sensoroptiken. Von der Endoskopie-Linse mit weniger als einem Millimeter Durchmesser bis zur Optik von über einem Meter Grösse – wo immer Glas, Kristall oder Spezialwerkstoffe auf höchste Oberflächengüte gebracht werden müssen, ist die Präzisionsbearbeitung der entscheidende Schritt.

Diese Bandbreite – von Komponenten der Medizinaltechnik bis zu Bauteilen für die Raumfahrt – beruht auf einem einzigen Grundsatz: Produkte, die rigoros geprüft und über lange Zeiträume von Charge zu Charge konstant sind. Programme wie Weltraumteleskope oder Mondmissionen laufen über viele Jahre und sind auf Zulieferer angewiesen, die über die gesamte Dauer gleichbleibende Qualität und verlässliche Lieferfähigkeit garantieren. Das Modell von Pureon ist genau auf diese Art von langfristiger Prozesssicherheit und Partnerschaft ausgerichtet.

Ob bei einer Mondmission oder einem Teleskop für die Tiefen des Alls – die Präzisionsbearbeitung ist im fertigen Produkt kaum sichtbar. Doch genau sie bestimmt, was die anspruchsvollsten optischen Systeme leisten können.