Neue Nanobeschichtung soll Satelliten vor Elektronenschäden schützen

Forschende des Instituts für Materialwissenschaften in Madrid (ICMM) haben eine neue Nanobeschichtung entwickelt, die Satelliten vor dem zerstörerischen Multipaktoreffekt schützen soll. Die umweltfreundliche Technologie aus Gold- und Silber-Nanopartikeln könnte die bisherige, gesundheitsschädliche Standardbeschichtung Alodine ersetzen. Erste Tests in Laboren der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) verliefen bereits erfolgreich.
Der Multipaktoreffekt beschäftigt die Europäische Weltraumorganisation (ESA) seit mehr als 40 Jahren. Dabei handelt es sich um eine Elektronenlawine, die im Vakuum in Bauteilen wie Antennen oder Hohlleitern entsteht und die Ausrüstung irreparabel schädigen kann. Über Jahrzehnte galt eine Beschichtung mit Alodine, einem chromhaltigen Beschichtungsstoff, als Standardlösung. Sie schützt die Komponenten zuverlässig, ist aber schädlich für die Gesundheit der Beschäftigten und für die Umwelt. Europäische Behörden drängen seit Langem auf ein Verbot, doch bisher konnte keine der vorgeschlagenen Alternativen die technischen Leistungen von Alodine erreichen, wie Euronews berichtet. Forscherin des CSIC am Institut für Materialwissenschaften in Madrid (Quelle auf Spanisch) (ICMM) Lidia Martínez erklärt, dass die Branche einen Ersatz brauchte, der nur wenige Sekundärelektronen emittiert. Denn diese Elektronen stoßen die Kettenreaktion an. Die meisten bisherigen Versuche konzentrierten sich darauf, die Oberfläche der Materialien im Mikrometerbereich zu verändern. Der große Leistungssprung, den die Luft- und Raumfahrtindustrie verlangt, blieb jedoch aus.

Oberfläche wird im Nanomaßstab aufgeraut

Das Team des ICMM wechselte den Maßstab. Es arbeitet nicht mehr mit mikrometrischen Strukturen, sondern entwickelte eine raue Oberfläche im Nanometerbereich, also mit Details in der Größenordnung eines Millionstel Meters. Dafür fertigten die Forschenden Nanopartikel aus Gold und Silber zwischen vier und acht Nanometern an. Sie nutzten dafür eine Ultrahochvakuumtechnik, die als Gasaggregationsquelle bekannt ist und eine Ablagerung der Materialien ohne Lösungsmittel und ohne Rückstände ermöglicht. Das Ergebnis sind poröse, metallische und chemisch saubere Filme. Tests in zertifizierten ESA-Laboren zeigen, dass sie die Emission von Sekundärelektronen gegenüber Alodine um rund 30 % senken. Außerdem steigt der sogenannte Energie-Grenzwert, also die Schwelle, ab der das Material mehr Elektronen erzeugt als es erhält, in manchen Konfigurationen um bis zu 300 %. Die Forschenden unterzogen die Beschichtungen außerdem Alterungstests über sechs Monate sowie Wärmebehandlungen bei 150 °C, ähnlich den Bedingungen eines Satelliten in direkter Sonneneinstrahlung. Sie stellten fest, dass sich die Leistung mit der Zeit leicht verringert, aber weiterhin über der eines frisch aufgebrachten Alodine-Belags liegt.

Der Weg bis ins All ist noch nicht zu Ende

Die Technologie ist bereits Gegenstand eines gemeinsamen europäischen Patentantrags von CSIC und Nanostine (Quelle auf Spanisch), der im Juli 2025 beim Europäischen Patentamt eingereicht wurde und sich derzeit in der Prüfphase befindet. Nanostine, eine aus dem CSIC hervorgegangene Ausgründung, übernimmt den Vertrieb der Beschichtung. Sie zielt vor allem auf den Luft- und Raumfahrtsektor. Diese Entwicklung wurde außerdem durch ein Doktorandenprogramm für die Industrie der Autonomen Gemeinschaft Madrid finanziert und durch das ESA Business Innovation Center begleitet, das in Madrid von der Stiftung Madri+d koordiniert wird. Trotz der guten Ergebnisse bleibt Martínez bei den Zeitplänen vorsichtig. Bis eine neue Beschichtung tatsächlich im Weltraum eingesetzt wird, vergehen in der Regel rund eine Dekade an Validierungen. Die Forscherin berichtet, dass die ESA mit der präsentierten Lösung zufrieden ist. Sie betont jedoch, dass das Projekt noch mehrere Phasen durchlaufen muss, bevor diese Materialien an Bord eines Satelliten fliegen können.