FLORIDA / LONDON (IT BOLTWISE) – Infineon bringt strahlungsgehärtete HiRel-Halbleiter an Bord des Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskops unter. Die Mission startet vom Kennedy Space Center und steuert den zweiten Lagrangepunkt (L2) an, der mehr als 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt liegt. Weil Wartung vor Ort ausfällt, müssen die Elektronik-Subsysteme über Jahre zuverlässig arbeiten und täglich große Datenmengen übertragen. Im Fokus stehen dabei qualifizierte Leistungsbausteine für Strahlungsumgebungen, darunter ein JANS-qualifizierter 100-V-GaN-Transistor.
Infineon liefert strahlungsfeste Chips fürs Nancy-Grace-Roman-Teleskop (Foto: IT BOLTWISE)
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Infineon rüstet ein weiteres Weltraumprojekt mit strahlungsgehärteter Halbleitertechnik aus: Die HiRel-Komponenten des Herstellers sind an Bord des Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskops, das erfolgreich vom Kennedy Space Center in Florida gestartet ist. Das Teleskop soll nach dem Transit zum zweiten Lagrangepunkt (L2) fliegen, also in einer Umlaufgeometrie weit weg von der dichten Abschirmung durch die Erdatmosphäre und das Magnetfeld. Genau dort wird die Elektronik besonders gefordert, weil hochenergetische Partikel und Strahlungsartefakte die Bauteileigenschaften schleichend verändern können. Infineons Ansatz setzt nicht allein auf passive Abschirmung, sondern auf Halbleiterarchitekturen, die konstruktionsbedingt widerstandsfähig gegen Strahlung ausgelegt sind.
Damit wird eine zentrale Designfrage der Raumfahrt greifbar: Wenn sich Reparaturen und Wartung während der Mission praktisch ausschließen, wird die Stromversorgung zum längsten „Service-Intervall“ der gesamten Nutzlast. Roman soll laut Angaben aus der Produktlinie bis zu zehn Jahre am L2 betrieben werden, und die Stromversorgung an Bord muss daher über den gesamten Zeitraum stabil bleiben. Im Leistungs- und Antriebsumfeld bedeutet das, dass nicht nur die Funktion bei Startdurchläufen zählt, sondern auch die Langzeitstabilität unter wiederkehrender Strahlenbelastung. Für die Datenverarbeitung kommt hinzu, dass die Systeme täglich rund 1,4 Terabyte Rohdaten zu Bodenstationen in New Mexico, Australien und Japan übertragen sollen.
Technisch greifen dafür strahlungsgehärtete Leistungshalbleiter aus Infineons HiRel-Portfolio. Besonders relevant ist, dass die Bauelemente nach MIL-PRF-Standards qualifiziert sind und explizit für die Strahlungsbedingungen außerhalb des schützenden Magnetfelds der Erde entwickelt wurden. Zu den genannten Produktkategorien gehören strahlungsgehärtete Silizium-Power-MOSFETs, GaN-Transistoren (Galliumnitrid), Gate-Treiber, Solid-State-Relais sowie Dioden. Ein zentrales Beispiel ist ein JANS-qualifizierter strahlungsgehärteter 100-V-GaN-Transistor nach MIL-PRF-19500. GaN-Bauteile versprechen dabei in der Leistungsumwandlung weniger Schaltverluste, eine höhere Leistungsdichte und höhere Schaltfrequenzen – Faktoren, die bei Satelliten und Raumsonden unmittelbar auf Effizienz, thermisches Design und letztlich auch Masse und Bauraum durchschlagen.
Für Entwickler und Systemintegratoren ist außerdem entscheidend, dass sich durch die Eigenschaften von GaN ein Teil der „magnetischen Komponenten“ reduzieren lässt. Das kann bei Raumfahrtanwendungen helfen, Gewicht und Volumen zu senken, weil Drosseln und Transformatoren in bestimmten Leistungsarchitekturen kleiner ausfallen oder in weniger Stufen umgesetzt werden müssen. Die Missionserwartung passt damit zu einem langfristigen Trend: Leistungselektronik verlagert sich in kritischen Systemen zunehmend von reinen Funktionsbausteinen hin zu qualifizierten, langlebigen Subsystemen, die Strahlungsalterung als Designparameter behandeln. Mike Mills, Senior Vice President und General Manager HiRel bei Infineon, ordnet den Einsatz entsprechend ein: „Der Start markiert den Beginn einer der wissenschaftlich produktivsten Weltraumobservations-Missionen, die je unternommen wurden, und die HiRel-Technologie von Infineon ist von Anfang an dabei“.
Historisch ist der Einsatz strahlungsgehärteter Komponenten bei Infineon kein Einzelereignis. Der Halbleiterhersteller liefert nach eigenen Angaben seit den 1970er Jahren entsprechende Bauelemente für Raumfahrtprogramme; genannt werden unter anderem Navigationssatelliten, die Internationale Raumstation und das Artemis-Programm der NASA. Diese Breite ist wichtig, weil sich Anforderungen zwischen Programmen unterscheiden: von klassischer LEO-Belastung bis hin zu langfristigeren Missionen mit anderen Strahlungsprofilen. Gleichzeitig zeigt sie, wie sehr sich die Raumfahrt-Qualifizierung als „Industrieprozess“ etabliert hat: MIL-PRF-Standards, JANS-Qualifizierung und die abgestimmte Auswahl aus einem Produktportfolio reduzieren das Risiko, dass Bauteile erst im Betrieb ihre Grenzen zeigen.
Markt- und Branchenwirkung entsteht vor allem an der Schnittstelle zwischen Hardware und Missionstaktik. Für den Hersteller bedeutet der Einsatz auf Roman, dass HiRel nicht nur in einzelnen Demonstratoren auftaucht, sondern in einer Mission, die durch Datenvolumen, Laufzeit und fehlende Wartungsmöglichkeiten besonders anspruchsvoll ist. Für die Anwenderseite verlagert sich der Fokus damit stärker auf verlässliche Leistungsarchitekturen: Nicht nur die Sensorik bestimmt den wissenschaftlichen Output, sondern auch, wie stabil Regler, Schaltstufen und Schutzmechanismen über Jahre funktionieren. Gerade bei Observationsplattformen am L2 ist die Kombination aus hoher Energieeffizienz und strahlungsresilienter Qualifikation ein wiederkehrender Engpass – und genau hier sendet Infineon mit dem Roman-Deployment ein Signal für die nächsten Generationen effizienter Raumfahrtstromversorgung.
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