Messen unter Weltraumbedingungen

Die Anzahl der Satelliten, die in den Orbit gebracht werden, ist in den vergangenen Jahren deutlich gestiegen. Das hängt unter anderem damit zusammen, dass unser Leben immer stärker von satellitenbasierten Produkten und Diensten – wie Internet und Mobilfunk – abhängt.

Fällt eines der Satellitenbauteile aus, ist meist der gesamte Satellit unbrauchbar und treibt als Weltraumschrott umher. Deshalb ist es wichtig, die eingebauten Bauteile sorgsam unter Weltraumbedingungen zu testen. Dies geschieht z.B. durch den Einsatz von Thermal-Vakuumkammern, welche neben dem Vakuum die im Weltraum vorherrschenden Temperaturen nachbilden können.

Wünschenswert im Sinne der Nachhaltigkeit ist eine Reparatur defekter Bauteile im Weltraum. Hierzu muss aber das genaue Zusammenspiel, vor allem das Ausdehnungsverhalten, der einzelnen Komponenten bekannt sein.

Um das Ausdehnungsverhalten exakt zu bestimmen, müssen Messungen der Bauteile bei den entsprechenden Lagerbedingungen durchgeführt werden. Durch den Abgleich der Messungen mit Simulationen kann in einem weiteren Schritt der Messaufwand für weitere Teile minimiert werden.

Ziel des Forschungsprojektes ist es, die Ausdehnung und Belastung von Satellitenbauteilen unter Weltraumbedingungen vorauszusagen, zu messen und verifizieren zu können. Zum einen soll die genaue Temperaturausdehnung innerhalb der Vakuumkammer bestimmt werden. Zum anderen sollen in einem ersten Schritt die Gesamtverformung und die Temperaturfeldausdehnung homogener Einzelteile abgebildet und gemessen werden. Hierzu wird ein geeignetes Messsystem zur Darstellung von Verformungen im Mikrometerbereich durch den Einsatz eines 3D-Scanners entwickelt und validiert. Anschließend werden aus den erzielten Ergebnissen Konstruktionsregeln zur optimalen Bauteilgestaltung unter Weltraumbedingungen abgeleitet.

Zur Umsetzung kooperiert der Umwelt-Campus mit dem rheinland-pfälzischen Unternehmen JUST Vakuum Technik aus Landstuhl, das sich mit dem Bau von Weltraumsimulationskammern beschäftigt, also Thermal–Vakuumkammern, welche neben dem Vakuum die im Weltraum vorherrschenden Temperaturen (im Bereich von ca. -175 bis +200°C) nachbilden können.