Femtosekundenlaser: Satelliten und Antriebe im Weltall zu kühlen ist schwer

Elon Musk hat schon mehrfach vorgeschlagen, Rechenzentren im All zu errichten. Unbegrenzt verfügbare Sonnenenergie, viel Platz und die kühle Umgebungstemperatur sprechen dafür, aber so einfach ist es leider nicht.

Ohne Wärmeleitung, wofür man zumindest Luft bräuchte, überhitzen Computersysteme und Antriebe extrem schnell. Dem versucht das Heinrich-Hertz-Institut(öffnet im neuen Fenster), Teil des Fraunhofer-Instituts, mit hochemissiven Metalloberflächen entgegenzuwirken.

Diese Oberflächen vervielfachen die Wärmestrahlung, die abgegeben werden kann. Es ist die einzige Möglichkeit, in einem fast perfekten Vakuum Wärme abzugeben.

Im Grunde muss die Oberfläche, über die die Wärme abgestrahlt wird, lediglich vergrößert werden. Zu diesem Zweck schneiden Femtosekundenlaser, somit Laser, die eine Billiardstel Sekunde strahlen, Kegel in das Metall.

Diese Kegel weisen eine Höhe von lediglich einem Mikrometer auf. Aluminium, Edelstahl, Titan oder Kupfer, die bisher geprüften Materialien, haben nach der Behandlung eine Emissivität von bis zu 99 Prozent. Im Gegensatz dazu besitzt eine glatte Oberfläche einen Wert von 10 Prozent.

Ein Problem bleibt aber noch: Die behandelten Metalle erscheinen schwarz und erhitzen sich deshalb im Sonnenlicht. Aktuell wird eine Methode erforscht, mit der die Fläche weiß erscheint und dadurch das Sonnenlicht reflektiert, nicht absorbiert.

Zwei laserbehandelte Proben aus Aluminium und Titan befanden sich seit 2024 an der Außenhülle der ISS und sind auf dem Rückweg ins Labor. Dort sollen Materialalterung und Veränderungen der Emissivität untersucht werden.

Zukünftig könnte das Material durch die Verwendung von günstigeren Nanosekundenlasern laut des Berichts bezahlbar werden, auch wenn die Leistungsfähigkeit der Oberfläche dadurch minimal sinkt. Es soll dann neben der Kühlung von Computer- und Lebenserhaltungssystemen auch Raketenantriebe vor der Überhitzung bewahren.