Faszination Technik Neues Weltraumteleskop der NASA fertiggestellt

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In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: die Entwicklung des neuen Weltraumteleskops Nancy Grace Roman der NASA.

Mehr als tausend Techniker und Ingenieure montierten das Nancy Grace Roman Weltraumteleskop aus Millionen von Einzelteilen. Es ist knapp 13 Meter lang und etwa 3,5 Milliarden Euro teuer.

Viele Komponenten wurden parallel gefertigt und getestet, um Zeit zu sparen. Nach der Fertigstellung wird Roman nun einer Reihe von Tests unterzogen, bevor es im Sommer 2026 zum Kennedy Space Center der NASA in Florida transportiert wird. Spätestens im Mai 2027 soll das Weltraumteleskop seine Mission ins All starten, das Team peilt jedoch einen Start bereits im Herbst 2026 an.

Roman nutzt hochmoderne Sensoren, die auf der langjährigen Erfahrung mit Infrarotdetektoren in den Hubble- und Webb-Instrumenten der NASA aufbauen. Die Bildfläche von Roman ist jedoch wesentlich größer, um ein deutlich größeres Sichtfeld zu erfassen.

Greg Mosby, Forschungsastrophysiker am NASA Goddard

Optische Weitwinkelerfassung auf neuem Niveau

Das Roman Teleskop ist nicht einfach nur ein weiteres Observatorium im All – es ist ein technologischer Paradigmenwechsel in der optischen Weitwinkel-Erfassung. Obwohl es mit seinem 2,4-Meter-Primärspiegel dieselbe optische Apertur wie das legendäre Hubble-Teleskop nutzt, revolutioniert sein Systemdesign die Art und Weise, wie astrophysikalische Daten generiert werden. Durch das neu entwickelte Wide-Field Instrument (WFI) – eine Infrarotkamera – vergrößert sich das Field of View (Sichtfeld) um den Faktor 100 – bei exakt gleicher Detailauflösung.

Die Hardware-Spezifikationen auf einen Blick:

• Optische Sensorik: Ein Array aus 18 hochpräzisen H4RG-10-Infrarotdetektoren bildet eine Fokalebene mit über 300 Megapixeln.
• Datendurchsatz: Die Optoelektronik generiert rund 11 Terabit an Rohdaten pro Tag, die mit 250 bis 500 Mbps zur Erde übertragen werden.
• Mechanische Präzision: Ein Hexapod-Mechanismus (Alignment Compensation Mechanism) richtet die Detektoren im nm-Bereich (Nanometer) aus, um thermische Verformungen zu kompensieren.

Die Detektoren des Wide Field Instruments (WFI)

Jeder einzelne der Infrarot-Detektoren – vom Formfaktor her etwa so groß wie ein Salzcracker – verfügt über eine extrem hohe Packungsdichte von 16,8 Millionen Pixeln. Für die Flugkonfiguration wurden 18 dieser Sensoren in die Brennebenenanordnung (Focal Plane Array) der WFI-Kamera integriert. Getreu bewährter Raumfahrt-Redundanzkonzepte hält die NASA sechs weitere Sensoren als flugtaugliche Ersatzteile bereit.
Dieses hochkomplexe Instrument wandelt Infrarotlicht in elektrische Signale um, die zu 300-Megapixel-Aufnahmen verarbeitet werden. Jeder einzelne „Shot“ dieses Weitfeldinstruments erfasst einen Himmelsausschnitt, der größer ist als die scheinbare Fläche eines Vollmonds. 

Für die Systemarchitektur bedeutet dies einen massiven Durchsatz: Roman sammelt Daten hunderte Male schneller als Hubble und wird im Laufe der fünfjährigen Primärmission gigantische 20 Petabyte (20.000 Terabyte) an Bilddaten generieren.

Systematisches Scannen statt punktueller Erfassung

Anstatt komplexe, langwierige Einzelmanöver für spezifische Zielobjekte zu fahren, operiert Roman als hochgradig effiziente „Survey-Mission“. Das bedeutet: Das System scannt kontinuierlich und automatisiert gigantische Himmelsareale ab. So entstehen Vergleichsdatensätze in einer Größenordnung, die astronomische Datenbanken vor neue Herausforderungen stellen wird. Allein die Beobachtungsdaten eines einzigen Betriebsmonats werden ausreichen, um eine bisher unerreichte Datenbasis für den Großteil der Sterne unserer Heimatgalaxie zu kompilieren.

Diese beispiellose Datenpipeline ist entscheidend, um die Verteilung von Materie im Kosmos zu kartieren, Exoplaneten aufzuspüren und das physikalische Rätsel der Dunklen Energie zu entschlüsseln.

Duales Wärme- und Energiemanagement

Eines der kritischsten Subsysteme für den stabilen Betrieb des Teleskops ist das Solar Array Sun Shield. Hier mussten die Konstrukteure zwei fundamentale Anforderungen in einer Bauteilgruppe vereinen: eine konstante Energieversorgung und ein hocheffizientes passives Thermomanagement. Die Struktur besteht aus sechs Paneelen, die flächendeckend mit Hochleistungs-Solarzellen bestückt sind. Während die beiden zentralen Paneele starr mit der Outer Barrel Assembly (der äußeren Gehäusestruktur) verbunden bleiben, werden die vier äußeren Paneele erst im All über einen Entfaltungsmechanismus ausgefahren und auf eine Ebene mit den Zentralpaneelen arretiert.

In seiner orbitalen Ausrichtung wird dieses Array permanent auf die Sonne ausgerichtet, um die Bordelektronik ausfallsicher mit Strom zu versorgen. Gleichzeitig fungiert die ausgedehnte Fläche als massiver Hitzeschild, der die empfindlichen Optiken und Sensoren im Schatten hält. Diese thermische Isolation ist für ein Infrarotteleskop überlebenswichtig: Da Infrarotstrahlung de facto Wärmestrahlung ist, würde bereits die Abwärme durch Sonneneinstrahlung auf das Gehäuse die hochempfindlichen Detektoren sättigen und das Teleskop vollständig „blenden“. Das Design des Sun Shields ist somit ein Paradebeispiel für multifunktionale Systemintegration in der Raumfahrt.

Im Herbst 2025 bestand das Observatorium aus zwei Hauptsegmenten:   

• Der innere Teil umfasste das Teleskop, den Instrumententräger, zwei Instrumente und den Satellitenbus,
• während der äußere Teil aus der äußeren Tubusbaugruppe, der ausklappbaren Aperturabdeckung und den Solarpaneelen bestand.

Der äußere Teil bestand einen Rütteltest und einen intensiven Schalltest, während der innere Teil einem 65-tägigen thermischen Vakuumtest unterzogen wurde. Ende November wurde begonnen die beiden Segmente zusammenzuführen und nun verkündete die NASA die Fertigstellung des Nancy Grace Roman Weltraumteleskops.

Mit der Fertigstellung von Roman stehen wir am Rande unvorstellbarer wissenschaftlicher Entdeckungen. In den ersten fünf Jahren der Mission werden voraussichtlich über 100.000 ferne Welten, Hunderte Millionen Sterne und Milliarden von Galaxien erforscht.

Julie McEnery, leitende Projektwissenschaftler bei NASA Goddard

Trotz präzise definierter Missionsparameter sind die Entwickler und Wissenschaftler vor allem auf eines gespannt: unkalkulierbare Systemabweichungen in Form von wissenschaftlichen Entdeckungen.