Weltraumoperationen in der Umlaufbahn zum Greifen nahe
Orbitale Ersatzeinheiten (Orbital Replacement Units, ORUs) sind modulare Bauteile für Raumfahrtsysteme in der Erdumlaufbahn, die ausgetauscht oder aufgerüstet werden können. Dazu gehören Deorbit-Kits, Energiespeichermodule und autonome Andock-Schnittstellen, die bei einer Vielzahl von Arbeitsgängen wie der Wartung, Neukonfiguration und Instandhaltung von Satelliten verwendet werden. Javier Vinals, Projektkoordinator des EU-finanzierten Projekts ORU-BOAS stellt allerdings fest: „Während ORUs die Flexibilität, die Kostenreduzierung und die Nachhaltigkeit von Weltraumoperationen verbessern, lassen sich Interoperabilität, Modularität und ausreichende technologische Bereitschaft nach wie vor nur schwer realisieren.“ ORU-BOAS ging diese Schwierigkeiten an, indem es drei ORU-Konzepte entwickelte und die Designs an die Missionsanforderungen anpasste. Diese waren: lange Lebensdauer für lebenserhaltende und kritische Systeme; robotergestützte Handhabung und standardisierte Schnittstellen für die Beschleunigung von Reparaturen und die Verringerung von Risiken; sowie autonome, leichte und intelligente ORUs für Einsätze in der Tiefe des Weltraums mit begrenzten Nachlieferungsmöglichkeiten.
Modulare Bauteile für Raumfahrtsysteme
ORU-BOAS baute auf den Anforderungen und der Infrastruktur des Schwesterprojekts EROSS IOD auf, das zum Einsatz autonomer Roboter für die Wartung in der Erdumlaufbahn forscht. Außerdem wurden Erkenntnisse aus der SIROM-Schnittstellenentwicklung(öffnet in neuem Fenster) und den CubeSat-Technologien(öffnet in neuem Fenster) integriert, die bereits kostengünstige, flugerprobte Bauteile bereitstellen. Das ORU-BOAS-Team entwickelte die ORU-Plattform, einen modularen Träger, der mechanisch an Raumfahrzeugen oder Raumstationen befestigt wird und in dem Nutzlasten wie Batterien, Pumpen oder Steuerungen sicher untergebracht sind. Weitere Nutzlasten sind das Deorbit-Kit – die Hardware für den Wiedereintritt und die sichere Entsorgung am Ende der Mission – einschließlich Triebwerken, Treibstofftanks und Avionik, sowie Hochleistungs-Energiespeicher und Standardschnittstellen für das Andocken und die Daten-/Energieübertragung. Die Bauteile wurden mithilfe einer quelloffenen Architektur entwickelt und bieten verbesserte Interoperabilität, Skalierbarkeit und Flexibilität. Gleichzeitig unterstützen sie die Plug-and-Play-Integration verschiedener Nutzlasten mit vereinfachten Nachrüstungen und Wartungen. „Dieser offene Ansatz fördert auch die Innovation und senkt die Kosten durch die Wiederverwendung und Standardisierung von Bauteilen“, fügt Vinals vom Projektträger Sener Aerospace(öffnet in neuem Fenster) hinzu. Die Tests umfassten die Funktionsvalidierung von Nutzlasten in Seners Anlagen in Spanien und Roboter-Andock-Simulationen beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt(öffnet in neuem Fenster). Die Ergebnisse bestätigten ein erfolgreiches Andocken selbst bei minimaler relativer Distanz (zwischen zwei Elementen, die sehr nahe beieinander liegen) und validierten die Leistung des Subsystems. Dabei wurden alle erkannten Probleme erfolgreich gelöst. „Die Weiterentwicklung unserer drei Konzepte und unsere validierte modulare Architektur ebnen den Weg für künftige Wartungsmissionen in der Umlaufbahn sowie den modularen Bau von Satelliten – für nachhaltigere und flexiblere Raumfahrtmissionen“, so Vinals.
Verbesserte Dienstleistungen und Umweltverantwortung
Die Erfolge von ORU-BOAS unterstützen die Ambitionen der EU im Hinblick auf Weltraumoperationen, die Innovation und Zugang zu Weltraumoperationen fördern sollen. Zudem sind sie nachhaltiger, beispielsweise aufgrund der verbesserten Instandhaltung zur Reduzierung von Weltraumschrott, der ein zunehmendes Problem darstellt. Es wird geschätzt, dass derzeit 36.000 Weltraumschrott-Partikel mit einer Größe von mehr als 10 Zentimetern die Erde umkreisen. „Die Verlängerung der Lebensdauer von Satelliten und die rasche Aktualisierung von Einrichtungen wie der Erdbeobachtung werden den Bürgerinnen und Bürgern dank verbesserter Dienste und verstärktem Umweltschutz zugute kommen“, erklärt Vinals. Das Team arbeitet nun weiter an der Entwicklung der Projektbauteile, indem es die ORUs in operative Missionen wie die ISOS-Initiative der Europäischen Kommission(öffnet in neuem Fenster) integriert und die Entwürfe auf der Grundlage missionsspezifischer Anforderungen verfeinert.
