Modulares Satellitendesign im Zentrum zukünftiger Weltraumoperationen
Das europäische Weltraum-Ökosystem entwickelt sich rasch weiter, und aus dem Streben nach weiteren flexiblen, nachhaltigen und kosteneffizienten Missionen ergeben sich zahlreiche Möglichkeiten. Dies eröffnet insbesondere KMU und Start-ups die Möglichkeit, einen Beitrag zu leisten –mit innovativen Technologien für die Wartung im Orbit, der Verlängerung der Satellitenlebensdauer und dem modularen Design. Trotz alledem gibt es Herausforderungen. „Über die rein technischen Schwierigkeiten hinaus ist die Standardisierung nach wie vor nur begrenzt möglich, was auch die Interoperabilität zwischen Systemen beeinträchtigt. Zudem sind neue Ansätze nicht immer mit bestehenden Missionsarchitekturen kompatibel, wodurch die Integration und Finanzierung erschwert wird – ein Henne-Ei-Problem“, sagt Pierre Letier von Space Applications(öffnet in neuem Fenster). Das EU-finanzierte und von Letier koordinierte Projekt SCHUMANN(öffnet in neuem Fenster) konzentriert sich auf Satellitenkomponenten. Es wurde ins Leben gerufen, um die Modularität und Standardisierung des europäischen Weltraum-Ökosystems voranzutreiben. SCHUMANN entwickelte zwei wichtige beitragende Elemente: ein funktionales Satellitenmodul für die Tankbefüllung (RTa) sowie eine Design- und Entwicklungsspezifikation für einen Raumfahrzeugbaukasten (Design and Development Specification for a Spacecraft Construction Kit, DSSCK). Ein weiteres Ziel, das erreicht wurde, war die Weiterentwicklung der HOTDOCK(öffnet in neuem Fenster) –Hardwareschnittstelle in einer Betankungskonfiguration.
Modulares und standardisiertes Satellitendesign
Ein funktionales Raumfahrzeugmodul (Functional Spacecraft Module, FSM) ist ein standardisierter Baustein, der eine bestimmte Satellitenfunktion wie Energie, Antrieb oder Kommunikation bereitstellt. Aufgrund der Standardisierung (ähnliche Form, Schnittstelle) sind solche Module für einfache Integration, einfachen Austausch oder einfaches Upgrade konzipiert, was mehr Flexibilität bei der Satellitenkonstruktion und -wartung bietet. SCHUMANN entwickelte ein Konzeptnachweis-Modul für befüllbare Tanks (RTa) zur Lagerung und Übertragung von Treibstoff im Weltraum, wodurch die Betankung von Satelliten während ihrer Mission ermöglicht und so die Lebensdauer derzeitiger Weltraumressourcen verlängert wird. Das Modul wurde unter Verwendung von Bausteinkomponenten entwickelt, die aus früheren EU-Projekten abgeleitet wurden, beispielsweise HOTDOCK (Hardwareschnittstelle) und ESROCOS(öffnet in neuem Fenster) (Softwareschnittstelle), um die Kompatibilität mit zukünftigen europäischen Wartungsmissionen sicherzustellen. Gleichzeitig wurde der Raumfahrzeug-Baukasten (Spacecraft Construction Kit, DSSCK) als Leitfaden und Software-Werkzeug entworfen, um Entwicklern beim Design standardisierter und kompatibler Module zu helfen, selbst wenn sie von unterschiedlichen Anbietern stammen. Hierfür erarbeitete SCHUMANN eine Softwareplattform namens RESONANCE.
Vorteile für zukünftige Missionen und Verlängerung der Satellitenlebensdauer
SCHUMANN führte mehrere Validierungstests durch, insbesondere für das RTa-Betankungsmodul – darunter Funktionstests für die Treibstoffübertragung, Thermovakuumtests und Vibrationstests. Für die DSSCK-Software wurden anhand realistischer Anwendungsfälle interne Trockentests und externe Evaluierungen durchgeführt. „Wir konnten erfolgreich das Potenzial modularer Raumfahrzeugtechnologien demonstrieren, einschließlich der Validierung der Flüssigkeitsübertragung des RTa bei 200 Bar ohne Leckage sowie zuverlässiger Strom- und Datenverbindungen. Die RESONANCE-Software des DSSCK wurde gut angenommen und könnte – nach einigen Verbesserungen – dazu beitragen, die Konstruktion und den Betrieb der Satelliten zu verändern“, bemerkt Letier. Entscheidend ist, dass SCHUMANN auch die mechanischen, elektrischen und flüssigen Aspekte der HOTDOCK-Hardwareschnittstelle verbessert hat und die Leistung unter maßgebenden Bedingungen validiert hat, während sie in ein Tankmodul integriert war. „Wir stellten seine Vielseitigkeit unter Beweis, nicht nur als Werkzeugwechsler für Roboterarme, sondern auch als zuverlässige Lösung für die Übertragung von Hochdruckgas, elektrischer Energie und Daten zwischen Modulen im Weltraum“, erklärt Letier.
Mehr Nachhaltigkeit, Wettbewerbsfähigkeit und Autonomie im Weltraum
„Unsere Ergebnisse tragen dazu bei, Europa einer Zukunft näher zu bringen, in der Satelliten nicht länger Wegwerfartikel sind, sondern nachgerüstet und wiederverwendet werden können, wodurch Kosten und Abfall reduziert werden“, fügt Letier hinzu. Dieser Wandel ist Teil eines Trends, der die Art und Weise, wie wir Satelliten im Weltraum betreiben, neu definiert. Darüber hinaus trägt das Projekt zur europäischen Wettbewerbsfähigkeit bei, indem es die Entwicklungszyklen und den Übergang von der Forschung zur Marktreife beschleunigt. Daher wird der nächste Schritt darin bestehen, den technischen Reifegrad anzuheben und Demonstrationen im Orbit durchzuführen. „Obwohl RTa noch nicht marktreif ist, stehen die Ergebnisse kurz vor diesem Punkt und wecken bereits das Interesse der Industrie. Gemäß dem Feedback und Interesse der DSSCK-Betatester sehen wir ein äußerst vielversprechendes Potenzial für eine künftige kommerzielle Nutzung“, so Letier abschließend.
