Seit über 20 Jahren vertraut das schwäbische Unternehmen Tesat-Spacecom auf Ersa Selektivlöttechnologie. Als Marktführer für nachrichtentechnische Satelliten-Nutzlasten wird seit Anfang 2019 auf einer ECOSELECT 2 produziert, um die hohen Anforderungen für den Einsatz im All zuverlässig einzuhalten.

Anwenderbericht | Erschienen in: productronic 8-9/2019
Autor: Meinrad Eckert

Als einer der Marktführer auf dem Gebiet der nachrichtentechnischen Nutzlasten für Satelliten blickt Tesat-Spacecom zurück auf über 50 Jahre Erfahrung in der Luft- und Raumfahrt. Rund 1.100 Mitarbeiter entwickeln, fertigen, integrieren und testen im schwäbischen Backnang auf 60.000 m² Systeme und Geräte für die Telekommunikation via Satellit. Über 700 erfolgreiche Raumfahrtprojekte, viele davon in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), gehen auf das Konto von Tesat-Spacecom. Bereits seit 1998 setzen die Schwaben auf Selektivlöttechnologie von Systemlieferant Ersa – und sind damit immer gut geflogen.

Mehr als 700 Raumfahrtprojekte, über 2.500 Geräte im Orbit, in Summe über 350 Mio. Betriebsstunden im All – die Bilanz der Tesat-Spacecom GmbH & Co. KG, die zuletzt 300 Mio. Euro umgesetzt hat und in 2019 „70 Jahre Standort Backnang“ feiert, kann sich sehen lassen. Das Tesat-Produktspektrum umfasst hochzuverlässige Geräte wie zum Beispiel Wanderfeldröhrenverstärker, Multiplexer, Schalter und Modulatoren, die ebenso wie komplette Systeme an alle führenden Satellitenhersteller weltweit geliefert werden. Mehr als die Hälfte aller Telekommunikations-Satelliten im Orbit haben Tesat-Geräte an Bord. Auch als am 21. Februar 2008 Weltraumgeschichte geschrieben wurde mit der Errichtung eines Laserlinks zwischen zwei Satelliten im Low Earth Orbit (LEO), waren die schwäbischen Raumfahrt-Pioniere beteiligt: Der deutsche Radarsatellit TerraSAR-X und der US-amerikanische Verteidigungssatellit NFIRE, beide ausgestattet mit Laserkommunikationsterminals (LCT) von Tesat-Spacecom, stellten an jenem Tag den ersten orbitalen Laserlink der Geschichte her. Das Jubiläumsterminal und Erfolgsmodell „LCT135“ kann Daten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1,8 Gigabit pro Sekunde senden – über Distanzen von bis zu 80.000 Kilometern! Schnell, sicher und vollkommen störungssicher. Selbst dann, wenn sich beide Satelliten auf unterschiedlichen Umlaufbahnen bei absoluten Bahngeschwindigkeiten von rund 30.000 Kilometern pro Stunde voneinander wegbewegen.

Wenn ein Satellit dafür präpariert wird, ins All geschossen zu werden, muss alles passen, aber auch wirklich alles. Denn befindet sich der Satellit einmal im All, ist er dem direkten Zugriff entzogen – mit einer Positionierung ab 900 km Höhe (die Internationale Raumstation ISS umrundet die Erde in rund 400 km Höhe) wird die Lebenszeit des Satelliten über ein Jahrhundert betragen, bevor er auf die Erde zurückfällt, in der geostationären Umlaufbahn (36.000 km Höhe) sogar mehrere Millionen Jahre!

Absolute Null-Fehler-Quote

Die Anforderungen an die Raumfahrttechnik sind aus nachvollziehbaren Gründen von jeher extrem hoch – strahlungsbedingt muss sich jedes einzelne Bauteil eines Satelliten unter harten Weltraumbedingungen über Jahre hinweg behaupten. Konsequenterweise werden sämtliche Komponenten ausgiebigst am Boden getestet, wo Ausfälle mit wenigen hundert oder 1.000 Euro zu Buche schlagen – aber auch mit vergleichsweise einfachen Mitteln zu beheben sind. Anders im All, wo es bei Problemen unmittelbar zu immensen Kostenexplosionen kommt. Bei vergleichsweise geringen Einflussmöglichkeiten. Daher gilt für die Tesat-Produktion einschließlich der Elektronikfertigung absolute Null-Fehler-Quote. Das reicht hinunter zum kleinsten Schalter und Stecker und gilt natürlich auch für jede einzelne Leiterplatte. Selbst der kleinste Produktionsfehler kann fatale Folgen haben und ist deshalb unter allen Umständen zu vermeiden.

Die Vision von Tesat-Spacecom lautet, stets mutig und engagiert neue Wege auf der Suche nach bahnbrechenden Lösungen jenseits heutiger Standards zu gehen – dies bezieht sich nicht nur auf die Endprodukte, sondern schließt auch Entwicklung und Fertigung mit ein. So untersucht Tesat-Spacecom regelmäßig verschiedene Produktionsbereiche, ob dort die Automatisierung weiter vorangetrieben werden kann. In den 1990ern erkannte man schon früh, dass man sich speziell beim Löten so weit wie möglich von einer Manufaktur-Produktion lösen müsse. Die Prozesse, die dafür in Frage kamen, galt es zu verselbständigen und zu optimieren – hinsichtlich Qualität, Tempo, aber auch mit Blick auf die Kosten. „Tesat-Spacecom hatte sich 1998 für eine VERSAFLOW 40/50 Selektivlötanlage entschieden – diese Anlage, welche Ersa erst zwei Jahre zuvor im Markt vorgestellt hatte, war in der Branche noch ziemlich unbekannt, konnte aber die Verantwortlichen bei Tesat-Spacecom auf ganzer Linie überzeugen“, sagt Meinrad Eckert, der seit 35 Jahren als Area Sales Manager für Ersa aktiv ist. Und ergänzt: „Zudem wurde in unserer ersten Selektivlötanlage eine Infrarotkamera verbaut, die schon damals während des Lötens registrierte, wo die Energie hingeht, bzw. feststellte, wie stark die Bauteile thermisch belastet werden – und das wurde auch entsprechend dokumentiert, buchstäblich ein echtes Highlight.“ Auch wenn diese Option ein Drittel des eigentlichen Maschinenpreises ausmachte, sie war unabdingbar, um auszuschließen, dass die für den Orbit gedachten Bauteile beim automatischen Löten Schaden nehmen würden. „Diese anfängliche Sorge war aber unbegründet – inzwischen verfügen unsere Technologen für die Elektronikfertigung über die nötige Erfahrung und können anhand von Schliffen sagen, dass die automatisiert erstellte Lötstelle genauso gut bzw. sogar besser ist und zudem noch eine geringere thermische Beanspruchung vorweist“, sagt Helga Eich-Beetz, Teamleiterin Infrastruktur bei Tesat-Spacecom. Die Dokumentation ist wichtig und notwendig, weil damit eine Rückverfolgbarkeit auf die einzelne Baugruppe gegeben ist. Andernfalls könnte es schwierig werden, denn Tesat gewährt 15 Jahre Garantie auf seine Komponenten und Baugruppen, entsprechend lange müssen alle Fertigungsprotokolle aufbewahrt werden.

Fliegender Wechsel zur Ersa ECOSELECT 2

Nach 20 Jahren reibungslosem Betrieb ging mit dem Kalenderjahr 2018 bei Tesat-Spacecom auch der Lebenszyklus für die VERSAFLOW 40/50 zu Ende. Aber ein Zurück zum Handlöten war nicht vorgesehen, wäre auch gar nicht zulässig gewesen, wollte man nicht die Raumfahrtzulassung gefährden. Vielmehr wurde am Standort Backnang mit einem fliegenden Wechsel zum Jahreswechsel 2018/19 die Produktionslinie ebenfalls auf ein Selektivlötsystem von Ersa umgestellt: eine kompakte ECOSELECT 2, die wie ihre Vorgängerin höchste Positionier- und Prozesssicherheit ermöglicht. Die Anlage war bereits 2013 angeschafft worden, ihren Betrieb versah sie jedoch bei einem Geschäftspartner, der für Tesat-Spacecom produzierte. Seit Anfang 2019 produziert die kompakte Selektivmaschine nun im Schwäbischen, die Qualifikation und Freigabe zum Löten erfolgten vorab innerhalb weniger Wochen im vierten Quartal 2018, so dass kein Produktionsausfall entstand.

Auch in der Raumfahrt, speziell in vergleichsweise niedriger Höhe der Erdumlaufbahn, geht der Trend hin zu kleineren Satelliten. Selbstverständlich setzt Tesat-Spacecom hier als echter Raumfahrt-Pionier auch wieder neue Trends: Aufbauend auf mehr als 30 Jahren Erfahrung in der kontinuierlichen Entwicklung der Laserkommunikationstechnologie haben die Tesat-Experten neue Lösungen für die Kommunikation im All entwickelt – kleiner, smarter, vielseitiger für zahlreiche neue Anwendungsbereiche. Dazu gehören dedizierte Laserkommunikationsterminals für Low-Earth-Orbit-Anwendungen zur Nutzung in großen Satellitenkonstellationen und auch für sogenannte Cube-Sats – kleine, würfelförmige Erdbeobachtungs- oder Wissenschaftssatelliten im Format 10 x 10 x 10 cm und weniger als 1.000 Gramm Gewicht. Allen Terminals gemein ist der Ansatz, Größe, Gewicht und Kosten zu reduzieren und zugleich die Funktionalität zu erhalten. Der erste Cube-Sat von Tesat-Spacecom wird voraussichtlich im ersten Quartal 2019 ins All geschossen. So oder so – bei den Mini-Satelliten gelten ähnlich hohe Anforderungen wie bei den größeren Sat-Geschwistern, auch mit Blick auf den neuen Mobilfunkstandard 5G.

Umstellung auf Bleifrei-Löttechnologie geplant

Im Moment ist die Tesat-Spacecom-Elektronikfertigung noch auf bleihaltige Technologie angewiesen. Es laufen jedoch bereits erste Versuche, auf bleifrei umzustellen. Dies geschieht parallel zur laufenden Produktion, denn bei der Selektiv-Fertigung in Backnang handelt es sich um eine Single-Source-Lösung. Tests in der realen Umgebung des Ersa Demo- und Applikations-Center in Wertheim am Main sind bereits angesetzt für 2019, so dass über kurz oder lang auf eine zweite Linie zurückgegriffen werden kann. Wo früher die Produktion für einen einzigen Satelliten schon einmal ein Jahr beanspruchen konnte, plant man bei Tesat-Spacecom bereits mit einem Satelliten pro Tag. „Wir freuen uns natürlich, dass unsere VERSAFLOW 40/50 ihren Dienst über 20 Jahre hinweg so zuverlässig erfüllt hat – hätte die Steuerung aufgegeben, hätten wir kaum innerhalb eines Tages adäquaten Ersatz geschaffen. Bei der ECOSELECT 2 kein Thema, da wir über zehn Jahre Ersatzteile vorhalten und im Service auf alle Eventualitäten vorbereitet sind“, sagt Ersa Vertriebsmann Meinrad Eckert. Die globale Kommunikation wird künftig wohl nur unter Einbezug des Weltraums machbar sein. Tesat-Spacecom entwickelt und liefert dazu als weltweit erstes Unternehmen Geräte für die optische Breitbandkommunikation im All, bei der hohe Übertragungsraten von derzeit 5,5 Gbit pro Sekunde erreicht werden. Wie auch immer am Boden in Backnang der Bedarf im Bereich Löten aussieht, Ersa steht als Partner für alle Belange der Elektronikfertigung bereit!

Tesat-Spacecom in Zahlen:

– Umsatz: 300 Mio. Euro
– Beschäftigte: 1.100
– Raumfahrtprojekte: über 700
– Geräte im Orbit: 2.500
– Betriebsstunden im All: über 350 Mio.

Ersa_Meinrad-Eckert
MEINRAD ECKERT
Area Sales Manager

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