DE102016121484B3

DE102016121484B3 - Vorrichtung für eine Sende- und Empfangseinheit einer Kommunikationseinrichtung und Raumfahrzeug, das eine solche Vorrichtung aufweist

Info

Publication number: DE102016121484B3
Application number: DE102016121484.1A
Authority: DE
Inventors: Konrad Panzlaff; Andrej Brzoska; Wolfgang Holota; Gerd Mühlnikel; Martin Schwab; Carsten Fechtmann
Original assignee: Tesat Spacecom GmbH and Co KG
Current assignee: Tesat Spacecom GmbH and Co KG
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2036-11-10
Also published as: JP2018106146A; US20180128951A1; FR3058394A1; US10948639B2; FR3058394B1

Abstract

Es ist eine Vorrichtung (10) für eine Sende- und Empfangseinheit einer Kommunikationseinrichtung angegeben. Die Vorrichtung weist auf: einen ersten Durchlass (120A) für elektromagnetische Wellen und einen zweiten Durchlass (120B) für elektromagnetische Wellen; eine in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche (130), welche für elektromagnetische Wellen eines ersten Wellenlängenbereichs (180A, 180B) transparent ist und für elektromagnetische Wellen eines zweiten Wellenlängenbereichs (190), welcher sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet, reflektierend ausgeführt ist; und eine erste retroreflektierende Oberfläche (140A), welche für elektromagnetische Wellen des ersten Wellenlängenbereichs (180A, 180B) retroreflektierend ausgeführt ist. Dabei unterscheidet sich eine Reflektionsrichtung der elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs (180A, 180B) von einer Reflektionsrichtung der elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs (190), wenn sowohl die elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs (180A, 180B) als auch die elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs (190) durch den gleichen Durchlass einfallen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Sende- und Empfangseinheit einer Kommunikationseinrichtung und ein Raumfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verbesserung der thermischen Belastung der thermischen Flüsse hinsichtlich der Komponenten einer genannten Vorrichtung sowie eines Raumfahrzeugs mit einer solchen Vorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Der Umgang mit thermischer Belastung kann insbesondere im Zusammenhang mit Raumfahrzeugen, welche außerhalb der Erdatmosphäre genutzt und betreiben werden, eine große Herausforderung darstellen. Dies liegt daran, dass der Wärmeaustausch auf Grund der fehlenden Atmosphäre ohne Konvektion nur mittels Wärmeleitung und Wärmestrahlung erfolgt.
Grundsätzlich kann Wärme von einem Ort höherer Temperatur zu einem Ort niedrigerer Temperatur über Wärmeleitung (auch: Wärmediffusion oder Konduktion) oder Wärmestrahlung erfolgen. Daneben ist ein Wärmetransport mittels Konvektion auch möglich, wobei hierfür ein makroskopischer Materialstrom notwendig ist. Außerhalb der Erdatmosphäre, also im Vakuum, ist ein Wärmetransport über Konvektion gerade auf Grund der fehlenden Atmosphäre nicht möglich. Die vorhandene oder fehlende oder variierende Bestrahlung eines Objektes durch Strahlungsquellen, insbesondere auch durch die Sonne, kann in dem Objekt zu sehr starken Temperaturschwankungen führen. Dies stellt für vom Menschen hergestellte Raumfahrzeuge eine große Herausforderung dar, insbesondere, weil die benutzten Komponenten für das Betreiben in einem begrenzten Temperaturbereich ausgelegt sein müssen.
US 6,073,888 A beschreibt einen Satelliten, welcher die Erde umkreist und welcher einen Temperaturstrahler aufweist. Der Temperaturstrahler ist ausgeführt, eine Hitze von einer Wärmequelle abzuführen und in den Raum abzustrahlen. Ein Wärmeleiter erstreckt sich zwischen dem Temperaturstrahler und der Wärmequelle und thermische Schalter sind angeordnet, die Wärmequelle mit dem Temperaturstrahler zu verbinden und die Temperatur der Wärmequelle zu reduzieren, wenn die Temperatur einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt.
EP 1 256 832 A2 beschreibt eine Anordnung aufweisend ein bildgebendes optisches System mit einem bildgebenden Strahlengang, einem Teilerspiegel zum Teilen des bildgebenden Strahlengangs in zwei Unterpfade, und zwei Detektoren, auf denen ein Objektszenario mittels der Strahlengänge gebildet wird. Der Teilspiegel ist als dichroitisches Filter ausgeführt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es kann als Aufgabe der Erfindung betrachtet werden, einen Temperaturgradienten, insbesondere einen räumlichen Temperaturgradienten, also eine Temperaturdifferenz zwischen zwei Punkten eines Objektes zur gleichen Zeit t, in einer Kommunikationsvorrichtung zu reduzieren und insbesondere bei einer Kommunikationsvorrichtung einen ungewollten Verlust bzw. einen ungewollten Eintrag von thermischer Strahlung zu reduzieren bzw. zu eliminieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung für eine Sende- und Empfangseinheit einer Kommunikationseinrichtung angegeben. Bei dieser Vorrichtung kann es sich um einen Teil der Kommunikationsvorrichtung handeln oder aber um eine Erweiterung oder eine nachträgliche Installation handeln, welche insbesondere in einem Signalübertragungspfad angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen ersten Durchlass für elektromagnetische Wellen und einen zweiten Durchlass für elektromagnetische Wellen auf. Der erste und der zweite Durchlass können als Signaleingang oder Signalausgang bezeichnet werden. Bei optischen Signalen können dies Ausnehmungen oder Öffnungen sein, welche ein Passieren der optischen Signale ermöglichen. Die Vorrichtung kann für die unidirektionale oder auch für die bidirektionale Signalübertragung im halbduplex- oder vollduplex-Modus eingerichtet sein. So können sowohl der erste als auch der zweite Durchlass als Signaleingang oder Signalausgang oder als beides betrachtet werden.
In dieser Ausführungsform weist die Vorrichtung weiterhin eine in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche auf, welche für elektromagnetische Wellen eines ersten Wellenlängenbereichs transparent ist und für elektromagnetische Wellen eines zweiten Wellenlängenbereichs, welcher sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet, reflektierend ausgeführt ist. Die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche kann auch als teilreflektierende Oberfläche bezeichnet werden.
Der Begriff „in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparent“ ist im Kontext dieser Beschreibung so zu verstehen, dass die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche für einen ersten Wellenlängenbereich von elektromagnetischen Wellen transparent und für einen zweiten Wellenlängenbereich von elektromagnetischen Wellen im Wesentlichen undurchlässig ist und elektromagnetische Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs reflektiert.
Insbesondere werden elektromagnetische Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs so von der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche reflektiert, dass sie von dem ersten Durchlass zu dem zweiten Durchlass gelenkt bzw. reflektiert werden und/oder umgekehrt, wohingegen die elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs von der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche kaum oder nicht reflektiert werden.
In dieser Ausführungsform weist die Vorrichtung weiterhin eine erste retroreflektierende Oberfläche auf, welche für elektromagnetische Wellen des ersten Wellenlängenbereichs retroreflektierend ausgeführt ist. Hierbei unterscheidet sich eine Reflektionsrichtung der elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs von einer Reflektionsrichtung der elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs, wenn sowohl die elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs als auch die elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs durch den gleichen Durchlass einfallen.
Der Begriff „retroreflektierend“ ist im Kontext dieser Beschreibung so zu verstehen, dass die retroreflektierende Oberfläche eine einfallende elektromagnetische Welle im gleichen Winkel reflektiert, wie diese einfällt. In anderen Worten wird eine einfallende elektromagnetische Quelle zu ihrem Ursprung reflektiert und ansonsten nicht umgelenkt oder abgelenkt. Die retroreflektierende Oberfläche kann so ausgeführt sein, dass sie die retroreflektierende Eigenschaft in einem gegebenen Winkelbereich aufweist, wobei dieser Winkelbereich beispielsweise zwischen 80° und 100°, insbesondere 85° bis 95°, insbesondere bei 90° der einfallenden elektromagnetischen Welle mit Bezug zu der retroreflektierenden Oberfläche liegt.
Bei den elektromagnetischen Wellen der zweiten Wellenlänge kann es sich um einen Signalträger eines optischen drahtlosen Kommunikationspfades handeln. Insbesondere kann dies Laserstrahlung sein. Bei den elektromagnetischen Wellen der ersten Wellenlänge kann es sich um thermische Strahlung handeln.
Der hierin beschriebene Aufbau hat den Vorteil, dass der Signalträger, d.h. die elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs, von einem Durchlass zu dem anderen gelenkt werden, wohingegen die elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs daran gehindert werden, den gleichen Pfad zu nehmen, weil sie von der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche gerade nicht reflektiert werden. Es kann damit insbesondere erreicht werden, dass z.B. thermische Strahlung einem anderen Pfad folgt als der Signalträger. Damit kann der Umfang der thermischen Strahlung, welche die Vorrichtung durch den ersten und zweiten Durchlass verlässt und/oder durch diese Durchlässe in die Vorrichtung eindringt reduziert oder gar eliminiert werden. So kann erreicht werden, dass eine Temperaturschwankung und eine mögliche Temperaturbandbreite (d.h. die Differenz zwischen maximaler Temperatur der Vorrichtung bei dem höchstmöglichen Energieeintrag von außen und minimaler Temperatur der Vorrichtung bei dem höchstmöglichen Energieverlust nach außen) in der Vorrichtung reduziert wird.
Fällt sowohl der Signalträger als auch die thermische Strahlung durch den ersten Durchlass ein, also durch denselben Durchlass, wird der Signalträger in Richtung des zweiten Durchlasses reflektiert und die thermische Strahlung wird zurück in Richtung des ersten Durchlasses reflektiert. Dies bedeutet, dass sich die Reflektionsrichtung der elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs von einer Reflektionsrichtung der elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs unterscheidet.
Für die Zwecke dieser Beschreibung kann die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche zusammen mit der ersten retroreflektierenden Oberfläche sowie den beiden Durchlässen als Umlenkeinheit bezeichnet werden.
Die Reflektionsrichtung der elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs unterscheidet sich von der Reflektionsrichtung der elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs. Dies bedeutet beispielsweise, dass die elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs (die thermische Strahlung) von der retroreflektierenden Oberfläche zurück zu ihrem Ursprung bzw. ihrer Quelle reflektiert werden. Dringen die elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs durch den ersten Durchlass in die Umlenkeinheit ein, so werden sie so reflektiert, dass sie die Umlenkeinheit durch den gleichen Durchlass wieder verlassen. Für die elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs (den Signalträger) gilt, dass diese durch einen Durchlass in die Umlenkeinheit eindringen und so reflektiert werden, dass sie die Umlenkeinheit durch den anderen Durchlass verlassen. Der Signalträger entspricht dem Kommunikationssignal und muss natürlich die Vorrichtung in Richtung einer Gegenstelle verlassen, so dass eine Kommunikationsverbindung aufgebaut werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs Strahlung mit einer Wellenlänge bis zu 1000 nm (inklusive) und zwischen 1600 nm und 1 mm (jeweils inklusive). Der Wellenlängenbereich zwischen 1600 nm und 1 mm kann auch als langwellige Wärmestrahlung bezeichnet werden. In anderen Worten ist die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche ausgeführt, Strahlung in diesem Wellenlängenbereich passieren zu lassen, d.h. dafür transparent zu sein, und die retroreflektierende Oberfläche ist ausgeführt, elektromagnetische Strahlung in diesem Wellenlängenbereich zu reflektieren.
Dies ermöglicht es, dass Strahlung, insbesondere thermische Strahlung, von der retroreflektierenden Oberfläche zu ihrem Ursprung reflektiert wird, so dass verhindert oder zumindest reduziert wird, dass besagte Strahlung durch die Umlenkeinheit austritt oder durch diese in die dahinterliegenden Komponenten der Vorrichtung eindringt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche ausgeführt sein kann, für einen oder mehrere vorgegebene Wellenlängenbereiche aus dem genannten gesamten Bereich von 1600 nm bis 1 mm transparent zu sein. Damit ist der Begriff „Wellenlängenbereich“ im Sinne dieser Anmeldung ausdrücklich nicht zwingend als ein einzelner durchgängiger Zahlenbereich zu verstehen (kann aber ein solcher sein), sondern kann auch eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Bereichen auf der Skala der Wellenlängen aufweisen. So kann die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche für elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge bis 1000 nm (inklusive) und von 1600 nm (inklusive) bis 1 mm (inklusive) transparent sein, wohingegen die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche für den ausgenommenen Bereich zwischen 1000 nm und 1600 nm (jeweils exklusive) reflektierend ausgeführt ist. Selbstverständlich ist auch eine Aufteilung in engere Wellenlängenbereiche möglich. Die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche kann als Bandsperre bezeichnet werden, welche elektromagnetische Wellen in einem engen Wellenlängenbereich innerhalb eines größeren Wellenlängenbereichs reflektiert und in dem verbleibenden Bereich des größeren Wellenlängenbereichs für elektromagnetische Wellen transparent ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs Laserstrahlung.
Die verwendete Laserwellenlänge kann beispielsweise 1064 nm oder 1550 nm sein. Für diese Wellenlängen oder für einen Wellenlängenbereich, welcher diese genannten Wellenlängen enthält, also z.B. zwischen 1060 nm und 1070 nm bzw. zwischen 1545 nm und 1555 nm, oder sogar noch etwas größere Bereiche, ist die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche reflektierend ausgeführt.
Die Laserstrahlung wird als Signalträger auf einem optischen drahtlosen Datenübertragungspfad verwendet und wird von der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche reflektiert bzw. umgelenkt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche als dichroitisches Filter ausgeführt.
Ein dichroitisches Filter kann auch als Interferenzfilter bezeichnet werden und ist ausgeführt, elektromagnetische Wellen frequenzabhängig zu spiegeln bzw. zu reflektieren. Allgemein kann ein Interferenzfilter dafür genutzt werden, einfallendes Licht in Frequenzbereiche aufzuspalten.
Vorliegend ist das dichroitische Filter ausgeführt, Wellen der Wellenlänge des Signalträgers zu reflektieren und elektromagnetische Wellen hiervon abweichender Wellenlänge, insbesondere thermische Strahlung, im Wesentlichen weder zu absorbieren noch zu reflektieren, sondern passieren zu lassen, so dass die thermische Strahlung auf die retroreflektierende Oberfläche auftrifft.
Die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche kann eine dichroitische Beschichtung aufweisen, welche die dichroitische Eigenschaft bereitstellt oder aufweist. Diese Beschichtung kann insbesondere nicht-metallisch sein.
Die Eigenschaften der dichroitischen Beschichtung können in Abhängigkeit der Wellenlänge des genutzten Signalträgers angepasst werden. Dies kann beispielsweise während des Entwurfs oder während der Fertigung der Vorrichtung erfolgen, und kann erforderlich sein, weil die dichroitische Beschichtung in Abhängigkeit der zu reflektierenden Wellenlänge anders ausgestaltet sein muss. In der oben herangezogenen Analogie der Bandsperre geht es also darum, den Wellenlängenbereich, in welchem die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche elektromagnetische Wellen reflektiert, anzupassen, und zwar an die Wellenlänge des genutzten Signalträgers. Dies kann eine Wellenlänge oder ein Wellenlängenbereich sein, es können aber auch mehrere Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche Germanium auf.
Die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche kann als Germaniumspiegel ausgeführt sein. Dabei kann die dichroitische Beschichtung auf dem Germanium aufgetragen sein. Germanium lässt thermale Strahlung passieren bzw. ist hierfür transparent.
Die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche ist zwischen der ersten retroreflektierenden Oberfläche und den beiden Durchlässen angeordnet. Unabhängig davon, durch welchen der Durchlässe elektromagnetische Wellen in die Umlenkeinrichtung eindringen, treffen diese elektromagnetischen Wellen zuerst auf die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche und danach auf die erste retroreflektierende Oberfläche, vorausgesetzt sie passieren die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche und werden hiervon nicht reflektiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung weiterhin einen ersten thermischen Isolator auf, wobei der erste thermische Isolator aus Sicht des ersten Durchlasses hinter der ersten retroreflektierenden Oberfläche angeordnet ist.
Der erste thermische Isolator ermöglicht insbesondere, dass thermische Energie, welche mittels der thermischen Strahlung in die retroreflektierende Oberfläche eingetragen wird, einen möglichst geringen thermischen Einfluss auf die umgebenden Komponenten der Umlenkeinrichtung hat, d.h., dass kaum oder keine thermische Energie von der Umlenkvorrichtung abgegeben oder hierdurch aufgenommen wird.
Der erste thermische Isolator kann als Schwarzkörper ausgeführt sein. Ein Schwarzkörper (auch: Schwarzer Strahler, planckscher Strahler, thermische Strahlungsquelle) absorbiert auftreffende elektromagnetische Strahlung jeglicher Wellenlänge oder in einem bestimmten Wellenlängenbereich in Idealfall zu 100% und sendet Wärmestrahlung in Form einer elektromagnetischen Strahlung aus, die nur von seiner Temperatur abhängt und von der weiteren Beschaffenheit des Körpers und seiner Oberfläche unabhängig ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung weiterhin ein erstes Heizelement auf, welches ausgeführt ist, thermische Energie abzugeben und der ersten retroreflektierenden Oberfläche zuzuführen.
Hierdurch kann die Temperatur der ersten retroreflektierenden Oberfläche erhöht werden, um Verluste und Streuungen der thermischen Strahlung resultierend von der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche auszugleichen, so dass das Ausmaß der von der retroreflektierenden Oberfläche abgegebenen thermischen Strahlung (dies ist die Summe aus reflektierter Strahlung und zugeführter thermischer Energie) der ursprünglich in die Umlenkeinheit eingeführten thermischen Strahlung entspricht.
Das erste Heizelement ist ausgeführt, thermische Energie zu generieren und abzugeben. Das erste Heizelement kann beispielsweise mit elektrischer Energie gespeist werden. Auch kann das Heizelement ausgeführt sein, thermisch mit einem Verbraucher, insbesondere einem elektrischen Verbraucher, gekoppelt zu werden und Abwärme von diesem Verbraucher aufzunehmen und sodann als thermische Energie in Richtung der ersten retroreflektierenden Oberfläche abzugeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste retroreflektierende Oberfläche eine metallische Beschichtung auf.
Die metallische Beschichtung kann beispielsweise Gold, Silber, oder Kupfer oder Kombinationen daraus aufweisen oder daraus bestehen. Diese Beschichtung kann auf einem Kunststoffkörper aufgetragen sein. Hierdurch wird die thermische Strahlung reflektiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste retroreflektierende Oberfläche zumindest ein Tripelspiegelelement auf, welches ausgeführt ist, einfallende elektromagnetische Strahlung zurück zu deren Ursprung zu reflektieren.
Ein Tripelspiegelelement kann in einem bestimmten Winkelbereich einfallende Strahlung so reflektieren, dass diese zurück zu ihrem Ursprung gestrahlt wird.
Die retroreflektierende Oberfläche kann eine Vielzahl solcher Tripelspiegelelemente aufweisen, wobei diese flächig nebeneinander angeordnet sind. Ein solcher Aufbau kann als Tripelspiegel oder Retroreflektor bezeichnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das zumindest eine Tripelspiegelelement eine Öffnung auf, durch welche ein Eintrag von zusätzlicher thermischer Strahlung erfolgen kann, welche in die gleiche Richtung abgegeben wird wie die elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs.
Die zusätzliche thermische Strahlung kann insbesondere von dem Heizelement bereitgestellt werden, wie dies weiter oben schon beschrieben wurde.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung weiterhin eine zweite retroreflektierende Oberfläche auf, wobei die erste retroreflektierende Oberfläche dem ersten Durchlass gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die zweite retroreflektierende Oberfläche dem zweiten Durchlass gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche zwischen dem ersten Durchlass und der ersten retroreflektierenden Oberfläche und zwischen dem zweiten Durchlass und der zweiten retroreflektierenden Oberfläche angeordnet ist, so dass die elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs, welche durch den ersten Durchlass auf die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche fallen, in Richtung des zweiten Durchlasses reflektiert werden.
Die retroreflektierenden Oberflächen können als eine einzelne strukturelle Komponente zusammen mit der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche vorliegen. Beispielsweise können die retroreflektierenden Oberflächen an der Rückseite der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche angebracht sein, d.h., an der Seite der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche, welche den Durchlässen abgewandt ist. Es können mehrere Tripelspiegelelemente angeordnet werden, wobei ein Teil dieser Tripelspiegelelemente angeordnet ist, thermische Strahlung in Richtung des ersten Durchlasses zu reflektieren und ein anderer Teil der Tripelspiegelelemente angeordnet ist, thermische Strahlung in Richtung des zweiten Durchlasses zu reflektieren.
Alternativ kann die retroreflektierende Oberfläche strukturell getrennt von der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche angeordnet sein.
Die zweite retroreflektierende Oberfläche kann ähnlich aufgebaut sein wie die erste retroreflektierende Oberfläche, so dass an dieser Stelle auf die Ausführungen zur ersten retroreflektierenden Oberfläche verwiesen wird.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die zweite retroreflektierende Oberfläche sich von der ersten retroreflektierenden Oberfläche auch unterscheiden kann. So können die Öffnungen in der zweiten retroreflektierenden Oberfläche sich hinsichtlich ihrer Form und ihrer Größe von den Öffnungen der ersten retroreflektierenden Oberfläche unterscheiden. Die Ausgestaltung der retroreflektierenden Oberflächen sowie der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche können während der Entwurfszeit und/oder der Fertigung an die Wellenlänge des genutzten Signalträgers angepasst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist sowohl die erste retroreflektierende Oberfläche als auch die zweite retroreflektierende Oberfläche eben ausgeführt und die erste und zweite retroreflektierende Oberfläche schließen relativ zueinander einen Winkel ungleich 0° und ungleich 180° ein.
Die erste retroreflektierende Oberfläche kann in einem Winkel von 90° mit Bezug zu der zweiten retroreflektierenden Oberfläche angeordnet sein. Andere Winkel sind möglich. Bevorzugt verläuft der erste Durchlass parallel zu der ersten retroreflektierenden Oberfläche (liegt dieser gegenüber) und der zweite Durchlass verläuft parallel zu der zweiten retroreflektierenden Oberfläche.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung weiterhin eine Sende- und/oder Empfangseinheit auf, welche ausgeführt ist, die elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs in Richtung der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche zu emittieren und/oder elektromagnetische Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs, welche von der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche reflektiert werden, zu empfangen.
Die Sende- und/oder Empfangseinheit ist insbesondere eine Komponente für die optische Datenübertragung und ist so ausgeführt, dass sie beispielsweise einen Laserstrahl aussenden und/oder empfangen kann, um somit Daten zu übertragen bzw. zu empfangen. Die Sende- und/oder Empfangseinheit kann beispielsweise in einem Satelliten angeordnet sein. Um zu vermeiden, dass ausgehend von der Sende- und/oder Empfangseinheit neben dem Laserstrahl auch noch thermische Energie emittiert und von dem Satelliten abgegeben wird, ist die oben beschriebene Vorrichtung mit in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenter Oberfläche und retroreflektierender Oberfläche vorgesehen. Der Laserstrahl wird von der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche abgelenkt und ausgesendet, wohingegen thermische Strahlung die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche passiert und von der retroreflektierenden Oberfläche zurück in Richtung der Sende- und/oder Empfangseinrichtung reflektiert wird. Hierdurch wird ein Verlust von thermischer Energie reduziert oder gar vollständig vermieden.
Die Sende- und/oder Empfangseinheit ist so angeordnet, dass sich der erste Durchlass zwischen der Sende- und/oder Empfangseinheit und der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche befindet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung weiterhin ein Sonnenfilter und eine Fokussiereinrichtung auf, wobei das Sonnenfilter zwischen der Fokussiereinrichtung und dem zweiten Durchlass angeordnet ist, wobei das Sonnenfilter ausgeführt ist, in den zweiten Durchlass einfallende Strahlung zu filtern und für elektromagnetische Wellen der zweiten Wellenlänge transparent zu sein, und wobei die Fokussiereinrichtung ausgeführt ist, die elektromagnetischen Wellen der zweiten Wellenlänge zu fokussieren und auf eine Gegenstelle zu richten.
Die Vorrichtung kann einen zweiten thermischen Isolator und ein zweites Heizelement aufweisen, welche der zweiten retroreflektierenden Oberfläche in der gleichen Weise zugeordnet sind, wie dies bereits mit Bezug zu dem ersten thermischen Isolator, dem ersten Heizelement und der ersten retroreflektierenden Oberfläche beschrieben wurde. Durch einfallende Sonnenstrahlung oder andere Strahlung kann das Sonnenfilter aufgeheizt werden und thermische Strahlung in Richtung der Umlenkeinheit abgeben. Um zu verhindern, dass diese thermische Strahlung die Vorrichtung und/oder die Umlenkeinheit aufheizt, ist die zweite retroreflektierende Oberfläche vorgesehen, welche diese Strahlung in Richtung des zweiten Durchlasses und des Sonnenfilters (zurück) reflektiert, wobei aber empfangene Lasersignale, also die Nutzsignale bzw. der Signalträger, von der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche in Richtung der Sende- und/oder Empfangseinheit reflektiert werden.
Für den Fall, dass das Sonnenfilter nicht von der Sonne angestrahlt wird, kann es insbesondere bei einer Verwendung im Weltall außerhalb der Erdatmosphäre zu einer starken Abkühlung kommen und der Temperaturbereich, in welchem das Sonnenfilter funktionieren muss, kann daher sehr groß sein. Um die Temperaturschwankungen an dem Sonnenfilter zu reduzieren, kann das zweite Heizelement thermische Strahlung abgeben, welche ausgehend von der zweiten retroreflektierenden Oberfläche in Richtung des Sonnenfilters abgegeben wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Raumfahrzeug angegeben, welches eine Vorrichtung wie hierin beschrieben aufweist, wobei die Vorrichtung ausgeführt ist, eine Kommunikationsverbindung aufzubauen.
Bei dem Raumfahrzeug kann es sich um einen Satelliten handeln, welcher für die Verwendung außerhalb der Erdatmosphäre vorgesehen ist. Ein solches Raumfahrzeug kann eine Kommunikationsverbindung, insbesondere eine optische drahtlose Kommunikationsverbindung, zu einem anderen Luft- oder Raumfahrzeug oder zu einer Gegenstelle auf der Erde herstellen.
Die Kommunikationsvorrichtung erfordert zwangsläufig, dass Signale emittiert und/oder empfangen werden. Durch die entsprechenden Aperturen kann ein (überwiegend unerwünschter) Austausch von thermischer Strahlung in beiden Richtungen erfolgen. In anderen Worten kann also das Raumfahrzeug und/oder die Komponenten der Kommunikationsvorrichtung auskühlen, wenn die Aperturen in Richtung des Weltalls, d.h. weg von einer unmittelbaren Bestrahlung durch eine Strahlungsquelle wie z.B. die Sonne, weisen. Im gegenteiligen Fall, wenn also die Aperturen in Richtung einer Strahlungsquelle wie z.B. der Sonne, weisen, kann dies zu einer starken Aufheizung des Raumfahrzeugs und/oder der Komponenten der Kommunikationsvorrichtung führen. Durch den Aufbau der hierin beschriebenen Vorrichtung wird ermöglicht, dass möglichst wenig thermische Strahlung über die Vorrichtung das Raumfahrzeug verlässt bzw. hierin eintritt. Ebenso kann die maximale Temperaturschwankung des Sonnenfilters reduziert werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Die Darstellungen sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche oder ähnliche Elemente. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für eine Sende- und Empfangseinheit einer Kommunikationseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 eine schematische Darstellung einer retroreflektierenden Oberfläche für eine Vorrichtung für eine Sende- und Empfangseinheit einer Kommunikationseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 eine schematische Darstellung eines Retroreflektors.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt eine Vorrichtung 10 für eine Sende- und Empfangseinheit einer Kommunikationseinrichtung. Die Vorrichtung weist auf: einen ersten Durchlass 120A für elektromagnetische Wellen und einen zweiten Durchlass 120B für elektromagnetische Wellen, eine in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche 130, welche für elektromagnetische Wellen eines ersten Wellenlängenbereichs 180A, 180B transparent ist und für elektromagnetische Wellen eines zweiten Wellenlängenbereichs 190, welcher sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet, reflektierend ausgeführt ist, und eine erste retroreflektierende Oberfläche 140A, welche für elektromagnetische Wellen des ersten Wellenlängenbereichs 180A, 180B retroreflektierend ausgeführt ist, wobei eine Reflektionsrichtung der elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs 180A, 180B sich von einer Reflektionsrichtung der elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs 190 unterscheidet.
Die Vorrichtung 10 weist weiterhin auf: einen ersten thermischen Isolator 150A, welcher aus Sicht des ersten Durchlasses 120A hinter der ersten retroreflektierenden Oberfläche 140A angeordnet ist, und ein erstes Heizelement 155A, welches ausgeführt ist, thermische Energie abzugeben und der ersten retroreflektierenden Oberfläche 140A zuzuführen.
Die Vorrichtung 10 weist weiterhin auf: eine zweite retroreflektierende Oberfläche 140B, wobei die erste retroreflektierende Oberfläche 140A dem ersten Durchlass 120A gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die zweite retroreflektierende Oberfläche 140B dem zweiten Durchlass 120B gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche 130 zwischen dem ersten Durchlass 120A und der ersten retroreflektierenden Oberfläche 140A und zwischen dem zweiten Durchlass 120B und der zweiten retroreflektierenden Oberfläche 140B angeordnet ist, so dass die elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs, welche durch den ersten Durchlass 120A auf die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche 130 fallen, in Richtung des zweiten Durchlasses 120B reflektiert werden.
Aus Sicht des zweiten Durchlasses 120B ist ein zweiter thermischer Isolator 150B und ein zweites Heizelement 155B hinter der zweiten retroreflektierenden Oberfläche 140B angeordnet.
Die Vorrichtung 10 weist weiterhin auf: eine Sende- und/oder Empfangseinheit 110, welche ausgeführt ist, die elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs 190 in Richtung der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche 130 zu emittieren und/oder elektromagnetische Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs 190, welche von der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche 130 reflektiert werden, zu empfangen. Weiterhin weist die Vorrichtung 10 ein Sonnenfilter und eine Fokussiereinrichtung auf, welche vor dem zweiten Durchlass 120B angeordnet sind.
In anderen Worten ist die Vorrichtung 10 so aufgebaut, dass sie aus zwei teilweise ähnlichen Funktionszweigen aufgebaut ist. Ein erster Funktionszweig besteht aus der Sende- und/oder Empfangseinheit 110, dem ersten Durchlass 120A, der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche 130, der ersten retroreflektierenden Oberfläche 140A, dem ersten thermischen Isolator 150A und dem ersten Heizelement 155A. Dieser erste Funktionszweig ist in 1 horizontal dargestellt. Der zweite Funktionszweig ist ähnlich dem ersten Funktionszweig aufgebaut und in 1 vertikal dargestellt. In Ergänzung zu dem ersten Funktionszweig weist der zweite Funktionszweig ein Sonnenfilter 160 und eine Fokussiereinrichtung 170 auf, wobei in dem zweiten Funktionszweig keine Sende- und/oder Empfangseinheit 110 vorgesehen ist. In einem Satelliten ist die Vorrichtung 10 so installiert, dass der erste Funktionszweig zum Inneren des Satelliten weist und der zweite Funktionszweig zum Äußeren des Satelliten in Richtung einer Kommunikationsgegenstelle.
Der erste Funktionszweig dient dem Zweck, thermische Strahlung nicht aus der Kommunikationseinrichtung bzw. einem Satelliten entweichen zu lassen oder das Ausmaß der entweichenden thermischen Strahlung zu reduzieren. Wie in 1 erkannt werden kann, sendet die Sende- und/oder Empfangseinheit 110 eine elektromagnetische Welle 190 aus, z.B. einen Laserstrahl. Dieser Laserstrahl wird von der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche 130 reflektiert in Richtung des zweiten Durchlasses 120B und der Fokussiereinrichtung. Gleichzeitig wird thermische Strahlung 180A, welche aus dem Innenraum eines Satelliten herausstrahlt, durch die für diese Strahlung 180A transparente Oberfläche 130 auf die retroreflektierende Oberfläche 140A gelenkt und hiervon zurück in Richtung der Sende- und/oder Empfangseinheit bzw. in das Innere des Satelliten reflektiert, so dass im Ergebnis kaum oder keine thermische Strahlung den Satelliten verlässt. Um Streuverluste zu kompensieren, kann das Ausmaß der von der retroreflektierenden Oberfläche 140A reflektierten thermischen Strahlung durch Beigabe von thermischer Energie mittels des Heizelements 155A erhöht werden.
Der zweite (vertikale) Funktionszweig ist prinzipiell ähnlich wie der erste (horizontale) Funktionszweig aufgebaut. Der zweite Funktionszweig ist hauptsächlich ausgestaltet, um das Eindringen von thermischer Strahlung in den Satelliten bzw. in die Kommunikationseinrichtung verhindert. Das Sonnenfilter ist für den Signalträger 190 transparent. Durch Sonneneinstrahlung kann das Sonnenfilter 160 jedoch erhitzt werden und thermische Strahlung 180B in das Innere der Umlenkeinrichtung abgeben. Damit diese thermische Strahlung 180B nicht zum Erhitzen der Kommunikationseinrichtung beiträgt oder das Ausmaß hiervon reduziert wird, ist die zweite retroreflektierende Oberfläche 140B angeordnet, die thermische Strahlung 180B wieder in Richtung des Sonnenfilters zu reflektieren. Das zweite Heizelement 155B kann dazu beitragen, thermische Strahlung in Richtung des Sonnenfilters 160 zu emittieren, so dass das Sonnenfilter erwärmt werden kann, wenn es auf einer der Sonne abgewandten Seite des Satelliten ist und somit zu verhindern, dass das Sonnenfilter sehr stark abkühlt.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 ist sowohl die erste retroreflektierende Oberfläche 140A als auch die zweite retroreflektierende Oberfläche 140B eben ausgeführt. Beide Oberflächen 140A, 140B sind als gesonderte strukturelle Komponenten getrennt von der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche 130 bereitgestellt. Die Oberflächen 140A, 140B können aus einem Kunststoffgrundkörper bestehen, welcher metallisch beschichtet ist. Die Oberflächen 140A, 140B sind in diesem Ausführungsbeispiel in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet.
Die Sende- und/oder Empfangseinheit 110 kann beispielsweise eine Sende-/Empfangseinheit eines Laserkommunikationsgerätes sein. Die dargestellte Anordnung gemäß der Vorrichtung 10 ist einerseits dafür geeignet, die Wärmestrahlung innerhalb der Einheit 110 zu speichern bzw. nicht entweichen zu lassen und für den Fall, dass die Fokussiereinrichtung 170 in der Sonne oder einer anderen Strahlungsquelle abgewandt ist, das Sonnenfilter 160 zu erwärmen. Andererseits wird bei direkter Bestrahlung der Fokussiereinrichtung 170 und des Sonnenfilters 160 durch die Sonne ein Aufheizen der Sende-/Empfangseinheit 110 minimiert. Weiterhin ist diese Anordnung geeignet, die thermalen Gradienten in der Sende-/Empfangseinheit minimal zu halten, da die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche 130 die thermale Strahlung durchlässt und über eine spezielle Beschichtung (auch: Reflektionsbeschichtung, dichroitisch, nicht-metallisch) die verwendete Laserwellenlänge 190 reflektiert. Die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche 130 kann auch als Germaniumspiegel ausgeführt sein.
Die Wellenlänge der Laserstrahlung 190 kann geändert werden und damit kann auch erforderlich sein, die Reflektionsbeschichtung anzupassen. Das Funktionsprinzip bleibt jedoch erhalten.
Das Sonnenfilter 160 hat die Aufgabe, möglichst viel der Sonnenstrahlung (von UV bis ca. 1 800 nm) zu reflektieren oder zu absorbieren. Bei längeren Wellenlängen wird der Germaniumspiegel transparent. Für die verwendete Laserwellenlänge, z.B. 1064 nm oder 1550 nm, muss das Sonnenfilter transparent oder nahezu transparent sein.
Im Falle von direkter Sonneneinstrahlung (wenn die Sonne innerhalb des Sichtfeldes des Instrumentes steht) wird von dem Sonnenfilter ein großer Teil des Wellenlängenbereiches > ca. 400 nm (mehr als 50%) reflektiert. Für Wellenlängen < 400 nm wird ein großer Anteil absorbiert. Diese Absorption führt zu einer Temperaturerhöhung des Sonnenfilters und damit zu einer Änderung der Abstrahlung insbesondere im Wellenlängenbereich 7 µm bis 12 µm. Damit diese Änderung eine möglichst geringe Auswirkung auf das Instrument (Vorrichtung 10) hat, wird diese Wärmestrahlung durch den Germaniumspiegel hindurchgelassen und von dem zweiten Isolator 150B absorbiert.
Für den Fall, dass das Sonnenfilter 160 und die Fokussiereinrichtung 170 der Sonne abgewandt ist, also in Richtung des leeren Weltalls deutet, muss vermieden werden, dass die Innentemperatur der Vorrichtung 10 zu stark durch Wärmeabstrahlung sinkt. Jetzt wird die Wärmestrahlung 180A der Vorrichtung 10 durch den Germaniumspiegel hindurchgelassen, kommt auf die retroreflektierende Oberfläche 140A auf und wird in der gleichen Richtung wie die Einfallsrichtung reflektiert. Damit kommt die Wärmestrahlung wieder zurück in das Instrument bzw. in den Satelliten (ggf. mit geringen Verlusten). Diese Verluste können und müssen ggf. ausgeglichen werden, um ein Abkühlen der Vorrichtung 10 und des Satelliten zu vermeiden und auftretende thermale Gradienten zu minimieren. Realisiert wird das mit dem Heizelement 155B. Eine zu starke Abkühlung der Fokussiereinrichtung 170 wird verhindert mittels des Heizelements 155B, welches der Fokussiereinrichtung 170 gegenüberliegend angeordnet ist.
Die beiden Isolatoren 150A, 150B und Heizelemente 155A, 155B können unterschiedlich aufgebaut sein was beispielsweise die Größe der Öffnungen in den retroreflektierenden Oberflächen angeht. Hierüber kann die Menge der zusätzlich beigebbaren thermischen Strahlung beeinflusst werden. Die prinzipiellen Aufgaben dieser beiden Einheiten 150A, 155A und 150B, 155B sind gleich und zwar: Reflektion der Wärmestrahlung und/oder Aussendung zusätzlicher thermischer Strahlung mittels der Heizelemente.
Geregelt wird die Funktionsweise der Einheiten und insbesondere die Menge der zusätzlichen thermischen Strahlung über Form und Größe der Löcher in den Tripelspiegeln.
Die Öffnungen der Oberfläche 140B, die die direkte Sonneneinstrahlung und auch den Einfluss des Weltraums auf der sonnenabgewandten Seite bekommt, sind bevorzugt größer als die Öffnungen der Oberfläche 140A. Die Größe der Öffnungen kann unmittelbar von der möglichen Temperaturänderung der Thermalquelle (der Sende-/Empfangseinheit 110 oder der Sonne bzw. des leeren Weltalls) abhängen.
An Hand der Pfeile in 1 kann einfach erkannt werden, dass der Signalträger 190, wenn er durch den ersten Durchlass 120A einfällt, in Richtung des zweiten Durchlasses 120B reflektiert wird, wohingegen thermische Strahlung 180A, welche durch den ersten Durchlass 120A einfällt, wiederum in Richtung des ersten Durchlasses 120A reflektiert wird.
2 zeigt eine retroreflektierende Oberfläche 140A, 140B, welche eine Vielzahl von Tripelspiegelelementen 142 aufweist. Dies kann auch als Tripelspiegelarray bezeichnet werden. Die Oberfläche des Tripelspiegelarrays kann beispielsweise vergoldet sein. Hinter dem Tripelspiegelarray ist ein thermaler, geregelter Schwarzkörper, der thermische Isolator 150A, 150B, und ein Heizelement 155A, 155B angeordnet, welches durch die Öffnungen 147 strahlt.
Das Tripelspiegelarray kann kreisförmig sein und einen Durchmesser von 80 mm haben. Es kann eine gepresste Kunststoffkomponente sein, welche eine metallische Beschichtung aufweist, z.B. aus Gold, Silber oder Kupfer, oder einer Kombination hieraus.
3 zeigt ein einzelnes Tripelspiegelelement 142. Das Tripelspiegelelement 142 weist drei reflektierende Seitenflächen 144, 145, 146 auf welche so angeordnet sind, dass einfallende Strahlung zurück zu der Quelle reflektiert wird.
Das Tripelspiegelelement 142 weist eine Öffnung 147 auf. In dieser Öffnung kann ein Infrarotkondensor angeordnet sein, welcher als thermale Strahlungsquelle dient.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ oder „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
110: Sende- und/oder Empfangseinheit
120A: erster Durchlass
120B: zweiter Durchlass
130: in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche
140A: erste retroreflektierende Oberfläche
140B: zweite retroreflektierende Oberfläche
142: Retroreflektor
144: erste Seitenfläche
145: zweite Seitenfläche
146: dritte Seitenfläche
147: Öffnung
150A: erster Isolator
150B: zweiter Isolator
155A: erstes Heizelement
155B: zweites Heizelement
160: Sonnenfilter
170: Fokussiereinrichtung
180A: elektromagnetische Wellen des ersten Wellenlängenbereichs
180B: elektromagnetische Wellen des ersten Wellenlängenbereichs
190: elektromagnetische Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs

Claims

Vorrichtung (10) für eine Sende- und Empfangseinheit einer Kommunikationseinrichtung, aufweisend: einen ersten Durchlass (120A) für elektromagnetische Wellen und einen zweiten Durchlass (120B) für elektromagnetische Wellen; eine in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche (130), welche für elektromagnetische Wellen eines ersten Wellenlängenbereichs (180A, 180B) transparent ist und für elektromagnetische Wellen eines zweiten Wellenlängenbereichs (190), welcher sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet, reflektierend ausgeführt ist; eine erste retroreflektierende Oberfläche (140A), welche für elektromagnetische Wellen des ersten Wellenlängenbereichs (180A, 180B) retroreflektierend ausgeführt ist; wobei eine Reflektionsrichtung der elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs (180A, 180B) sich von einer Reflektionsrichtung der elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs (190) unterscheidet, wenn sowohl die elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs (180A, 180B) als auch die elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs (190) durch den gleichen Durchlass einfallen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs Strahlung mit einer Wellenlänge bis einschließlich 1000 nm und zwischen 1600 nm und 1 mm ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs Laserstrahlung sind.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche (130) als dichroitisches Filter ausgeführt ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche (130) Germanium aufweist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend einen ersten thermischen Isolator (150A); wobei der erste thermische Isolator aus Sicht des ersten Durchlasses (120A) hinter der ersten retroreflektierenden Oberfläche (140A) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend ein erstes Heizelement (155A), welches ausgeführt ist, thermische Energie abzugeben und der ersten retroreflektierenden Oberfläche (140A) zuzuführen.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste retroreflektierende Oberfläche (140A) eine metallische Beschichtung aufweist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste retroreflektierende Oberfläche (140A) zumindest ein Tripelspiegelelement (142) aufweist, welches ausgeführt ist, einfallende elektromagnetische Strahlung zurück zu deren Ursprung zu reflektieren.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei das zumindest eine Tripelspiegelelement (142) eine Öffnung (147) aufweist, durch welche ein Eintrag von zusätzlicher thermischer Strahlung erfolgen kann, welche in die gleiche Richtung abgegeben wird, wie die elektromagnetischen Wellen des ersten Wellenlängenbereichs.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine zweite retroreflektierende Oberfläche (140B); wobei die erste retroreflektierende Oberfläche (140A) dem ersten Durchlass (120A) gegenüberliegend angeordnet ist; wobei die zweite retroreflektierende Oberfläche (140B) dem zweiten Durchlass (120B) gegenüberliegend angeordnet ist; wobei die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche (130) zwischen dem ersten Durchlass (120A) und der ersten retroreflektierenden Oberfläche (140A) und zwischen dem zweiten Durchlass (120B) und der zweiten retroreflektierenden Oberfläche (140B) angeordnet ist, so dass die elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs, welche durch den ersten Durchlass (120A) auf die in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparente Oberfläche (130) fallen, in Richtung des zweiten Durchlasses (120B) reflektiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei sowohl die erste retroreflektierende Oberfläche (140A) als auch die zweite retroreflektierende Oberfläche (140B) eben ausgeführt ist und relativ zueinander einen Winkel ungleich 0° und ungleich 180° einschließen.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, weiterhin aufweisend eine Sende- und/oder Empfangseinheit (110), welche ausgeführt ist, die elektromagnetischen Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs (190) in Richtung der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche (130) zu emittieren und/oder elektromagnetische Wellen des zweiten Wellenlängenbereichs (190), welche von der in Abhängigkeit einer Wellenlänge transparenten Oberfläche (130) reflektiert werden, zu empfangen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, weiterhin aufweisend ein Sonnenfilter (160) und eine Fokussiereinrichtung (170); wobei das Sonnenfilter (160) zwischen der Fokussiereinrichtung (170) und dem zweiten Durchlass (120B) angeordnet ist; wobei das Sonnenfilter (160) ausgeführt ist, in den zweiten Durchlass (120B) einfallende Strahlung zu filtern und für elektromagnetische Wellen der zweiten Wellenlänge (190) transparent zu sein; wobei die Fokussiereinrichtung (170) ausgeführt ist, die elektromagnetischen Wellen der zweiten Wellenlänge (190) zu fokussieren und auf eine Gegenstelle zu richten.
Raumfahrzeug, aufweisend: eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei die Vorrichtung ausgeführt ist, eine Kommunikationsverbindung aufzubauen.