Die niederländische Forschungsschule für Astronomie (NOVA) beteiligt sich maßgeblich am Bau des Extremely Large Telescope (ELT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile – eines der ambitioniertesten internationalen astronomischen Projekte unserer Zeit. Ziel des ELT, dessen Hauptspiegel einen beeindruckenden Durchmesser von 39 Metern misst, ist es, grundlegende Fragen zur Entstehung und Entwicklung von Sternen, Exoplaneten, Galaxien und dem Ursprung des Universums zu beantworten. Dieses wissenschaftliche Großprojekt erfordert eine enge länderübergreifende Zusammenarbeit von Wissenschaftler/innen, Ingenieur/innen und Technologieexpert/innen.
Wissenschaft trifft Ingenieurskunst
Zeit also für einen exklusiven Blick hinter die Kulissen der NOVA-Arbeitsgruppe für optisch-infrarote Instrumentierung am ASTRON in Dwingeloo. Wir sprechen mit Dr. Michiel Kregel, Gruppenleiter der Arbeitsgruppe, sowie mit unseren VIRO-Kollegen Ben Odinot und Richard Wiltens, die direkt am ELT-Projekt mitwirken – und mit Paul de Vries, Gruppenleiter und Projektverantwortlicher bei VIRO.
Seit über zehn Jahren ist VIRO ein fester Bestandteil dieses außergewöhnlichen Vorhabens. Unsere Expertise im Bereich mechanisches Design und Präzisionstechnologie bringt uns eine zentrale Rolle innerhalb des ELT-Projekts ein. Aktuell sind zwei unserer Mitarbeiter in Vollzeit in die Entwicklung des Instruments METIS eingebunden – dem Mid-Infrarot-Bildgebungs- und Spektrografie-Instrument, das zur ersten Generation wissenschaftlicher Instrumenten für das ELT zählt. Mit METIS sollen einige der größten Rätsel des Universums entschlüsselt werden: etwa sollen die Entstehung von Exoplaneten, deren physikalische und chemische Eigenschaften – wie Umlaufbahn, Temperatur, Helligkeit und Atmosphärenzusammensetzung – damit präzise gemessen werden. VIRO entwickelt in diesem Zusammenhang unter anderem hochspezialisierte Spiegelaufhängungen sowie Montage- und Testwerkzeuge. Durch innovative Lösungen für komplexe technische Herausforderungen leisten wir einen entscheidenden Beitrag zur erfolgreichen Realisierung des ELT.
Michiel Kregel bei der Konzeption von ELT
Dr. Michiel Kregel erklärt: „Die aktuelle Generation astronomischer Teleskope verfügt über Hauptspiegel mit einem Durchmesser von etwa zehn Metern. Mit dem ELT entsteht nun erstmals weltweit ein Teleskop mit einem nahezu 40 Meter großen Hauptspiegel – ein Meilenstein in der astronomischen Forschung. Der Grund dafür liegt auf der Hand: Wir wollen tiefer ins All blicken, weiter sehen und schärfere Bilder erhalten. Diese neue Teleskopgeneration ermöglicht es uns erstmals, erdähnliche, felsige Exoplaneten direkt abzubilden. Solche Planeten sind extrem klein, lichtschwach und befinden sich oft in unmittelbarer Nähe heller Sterne – das macht ihre Beobachtung besonders anspruchsvoll. Um sie dennoch entdecken und untersuchen zu können, braucht es ein Teleskop, das nicht nur sehr viel Licht, sondern auch eine herausragende Bildauflösung bietet. Ein Spiegel von knapp 40 Metern Durchmesser macht genau das möglich.
Kleinere Spiegel stoßen hier an ihre physikalischen Grenzen – sie liefern einfach nicht die notwendige Auflösung. Das ELT markiert daher einen echten Quantensprang in Technologie und wissenschaftlichem Potenzial.“
„Präzise Instrumentierung ist das Fundament der beobachtenden Astronomie. Ohne hochgenaue Instrumente lassen sich keine scharfen Bilder von Objekten erzeugen, die viele Lichtjahre entfernt sind“, erklärt Dr. Michiel Kregel.
„Besonders deutlich wird das bei den Spiegeln eines Teleskops: Sie müssen extrem genau poliert und ausgerichtet sein, um selbst kleinste Details sichtbar zu machen. Das gilt ebenso für alle angeschlossenen Instrumente – etwa Kameras oder Spektrografen –, die Aufnahmen oder Spektren erfassen. Wenn ein einzelnes Bauteil, wie zum Beispiel eine kryogene Komponente, nicht exakt funktioniert oder nicht korrekt montiert ist, leidet die Leistungsfähigkeit des gesamten Systems. Deshalb ist jeder Schritt entscheidend – vom ersten Konzeptentwurf bis zu abschließenden Tests. Die NOVA-Gruppe ist insbesondere für ihre besondere Kombination aus innovativem, durchdachtem Design und hochpräziser optischer Fertigung bekannt.
Ein bedeutender Meilenstein war die Inbetriebnahme derNOVAMAX-Anlage im vergangenen Jahr. Sie wurde speziell für sogenannte ‚Extreme Manufacturing‘-Anwendungen entwickelt. In dieser hochmodernen Einrichtung werden unter anderem Bauteile für das ELT gefertigt – bis zu einem Meter groß und mit Toleranzen im Bereich von 10 bis 15 Mikrometern.“
„Ein astronomisches Instrumentenkonsortium vereint in der Regel rund zehn Partnerorganisationen und Hunderte von Zulieferern – von Universitäten bis hin zu Hightech-Unternehmen“, erklärt Dr. Michiel Kregel. „Im Fall von METIS übernimmt NOVA die Hauptverantwortung und koordiniert die Zusammenarbeit mit etwa 15 direkten Partnern. Jeder Partner bringt spezifisches Know-how ein – sei es beim Bau eines Subsystems wie eines Spektrografen oder bei der Erprobung und Validierung bestimmter Komponenten. Ergänzt wird dieses Netzwerk durch zahlreiche spezialisierte Lieferanten.
Die internationale Ausrichtung bringt dabei nicht nur technologische Vielfalt, sondern auch organisatorische Herausforderungen mit sich – insbesondere im Bereich Kommunikation. „Wir arbeiten hybrid – also überwiegend online, aber regelmäßig auch vor Ort bei den Partnern. Während der Pandemie haben wir gelernt, digital noch effizienter zusammenzuarbeiten – ein Vorteil, von dem wir bis heute profitieren. Alle im Team verbindet die gleiche Motivation: den Wunsch, Teil eines bahnbrechenden wissenschaftlichen Projekts zu sein. Diese gemeinsame Leidenschaft überwindet Zeitverschiebungen und kulturelle Unterschiede – und macht echte Zusammenarbeit möglich.“
„Der Standort in den chilenischen Anden bietet ideale Bedingungen: ein Hochplateau mit stabiler Atmosphäre, wenig Niederschlag und sehr geringer Lichtverschmutzung. In dieser Region wurden bereits mehrere Teleskope der ESO und ihrer Partner errichtet. Die Umgebung eignet sich besonders für Infrarotbeobachtungen wie mit METIS. Zudem hilft die große Höhe, einen Großteil der Erdatmosphäre zu überwinden – das führt zu schärferen Bildern.“
„Der Tagesablauf variiert je nach Rolle im Team. Ein Maschinenbauingenieur, der an Spiegelaufhängungen arbeitet, beginnt den Tag oft mit der Durchsicht der neuesten Simulationsergebnisse gemeinsam mit einem Optikingenieur, um sicherzustellen, dass die Entwürfe den Anforderungen entsprechen. Anschließend werden bei Bedarf Anpassungen vorgenommen. Am Nachmittag widmet er sich dann dem Bau und Test von Prototypen. Andere Teammitglieder konzentrieren sich auf die Entwicklung von Werkzeugen – Hilfsmitteln für eine sichere und präzise Montage. So haben wir beispielsweise eine 3D-gedruckte Schutzkappe entwickelt, die die Spiegel während der Montage schützt. Solche kleinen, aber wichtigen Lösungen tragen maßgeblich zum Erfolg des Projekts bei.“
„Simulationen und Tests sind unverzichtbar – sowohl in der Entwurfs- als auch in der Produktionsphase. Wir nutzem zum Beispiel optische Designsoftware, um Worst-Case-Szenarien zu simulieren, etwa was passiert, wenn bestimmte Toleranzen nicht eingehalten werden. Darüber hinaus führen wir umfangreiche physische Tests durch, um sicherzustellen, dass jede Komponente wie erwartet funktioniert. Gerade bei Raumfahrtinstrumenten muss alles auf Anhieb einwandfrei laufen, da Reparaturen nicht möglich sind. Auch bei der Inbetriebnahme am Teleskop auf der Erde sind nur begrenzte Änderungen möglich – deshalb ist es besonders wichtig, Risiken frühzeitig durch umfassende Tests zu minimieren.“
„Die Vorstellung, dass unsere Arbeit zur Entdeckung neuer Galaxien, Planeten oder sogar möglicher Lebensspuren beitragen kann, ist für uns eine enorme Motivation. Diese Projekte treiben Wissenschaft und Technik voran, inspirieren kommende Generationen und hinterlassen bleibende Spuren. Es ist ein echtes Privileg, Teil dieses außergewöhnlichen Vorhabens zu sein.“
„VIRO leistet nicht nur wichtige technische Beiträge, sondern hat sich auch als verlässlicher und engagierter Projektpartner etabliert. Die VIRO-Kollegen Ben Odinot und Richard Wiltens bringen fundiertes technisches Know-how ein und denken aktiv mit, wenn es um Lösungen und Verbesserungen geht.
Ihr Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung von Spiegelaufhängungen sowie auf Aufgaben im Bereich Präzisionstechnik – etwa bei der Validierung komplexer Komponenten wie Toleranzketten und Federsystemen. Durch die Kombination aus theoretischem Verständnis und praxisnaher Herangehensweise ermöglichen sie einen effizienten Projektfortschritt.“
„Wir sind stolz auf die gemeinsamen Erfolge. VIRO liefert nicht nur hochwertige technische Lösungen, sondern trägt auch zu einer vertrauensvolle, konstruktiven Zusammenarbeit bei. Dieser Beitrag ist ein wichtiger Faktor dafür, dass wir den kommenden Meilensteinen dieses wegweisenden Projekts mit Zuversicht entgegensehen.“
Ein Besuch bei Ben Odinot und Richard Wiltens im NOVA-Büro
Auf Ben Odinots Schreibtisch liegt ein Bauteil, das er selbst entworfen hat: die Chopper-Halterung – ein zentrales Element des METIS-Instruments.
„Dieses Teil positioniert den Chopper präzise und schützt ihn vor Streulicht“, erklärt Ben. „Es wird im Inneren von METIS verbaut. Wenn der Chopper nicht funktioniert, können keine Aufnahmen gemacht werden. Der Chopper ermöglicht es, nicht nur das Zielobjekt, sondern auch den angrenzenden Himmelsbereich aufzunehmen. Das ist besonders wichtig bei Infrarotaufnahmen, da sich der Himmel im Laufe der Zeit verändert. Vergleichsdaten aus der Umgebung sind essenziell für eine saubere Auswertung. Die Halterung wird direkt hier bei NOVA gefertigt. Wenn der Chopper später im Instrument zuverlässig arbeitet, ist das für mich der entscheidende Moment – dann bin ich wirklich stolz.“
Ben Odinot
Richard Wiltens arbeitet derzeit an der Optimierung bestimmter Spiegelkomponenten. „Eine zentrale Rolle spielt dabei eine speziell geformte Feder, die den Spiegel in Position hält. Bereits kleinste Abweichungen in der Länge wirken sich direkt auf die Kraftübertragung aus – darum muss sie mit höchster Präzision gefertigt werden.“
Die Feder befindet sich hinter einem Modul, das den Spiegel trägt - dieser muss beispielsweise bei Erdbeben gegen Vibrationen geschützt sein.
„Ein besonderes Problem: Die sogenannten Flexures sind nur einen Millimeter dick. Das bedeutet, wir können die Schrauben nicht einfach festziehen, ohne das Bauteil zu verformen. Gleichzeitig brauchen Schrauben eine gewisse Vorspannung, damit sie sich bei Erschütterungen nicht lösen.“
Die Lösung: eine spezielle Konstruktion mit einer Feder und einer Kappe, die für sicheren Anpressdruck sorgt. „Das war ein echtes Tüftelprojekt – aber jetzt funktioniert es genau so, wie es soll.“
Paul de Vries berichtet über ein kürzlich abgeschlossenes Projekt bei VIRO: „Wir haben für NOVA einen maßgeschneiderten Hebebalken entwickelt – ein schlüsselfertiges System, mit dem Präzisionsteile sicher von der Fräsmaschine zur Messmaschine transportiert werden können. Der Balken kommt in der NOVA-Produktion bei ASTRON in Dwingeloo zum Einsatz. VIRO war für die komplette Entwicklung verantwortlich, einschließlich der CE-Kennzeichnung.
Die Zusammenarbeit mit NOVA beschreibt Paul ‚super interessant und einzigartig‘: „Man bewegt sich ständig an der Grenze des technisch Machbaren. Die Aufgaben sind anspruchsvoll, sehr fortschrittlich – und sie berühren oft direkt die Grundlagenforschung.“
Das nächste Projekt ist bereits in Vorbereitung: In Kooperation mit der Universität zu Köln wird ein neues Hebewerkzeug für METIS entwickelt. Es soll in Köln und Leiden eingesetzt werden – und später auch an der ELT in Chile zum Einsatz kommen.
