At rejse ud i rummet – sikkert, hurtigt og omkostningseffektivt

Lavt kredsløb om Jorden minder mere og mere om en overfyldt skrotplads. Udgåede satellitter, udbrændte rakettrin og tusindvis af snavs produceret af kollisioner – alle disse ting udgør en trussel mod infrastrukturen i rummet. Fraunhofer-forskere har udviklet et nyt radarsystem og andre teknologier for at give rumfartøjer bedre beskyttelse mod rumskrot. Og det er ikke alt:I kraft af en smidig lille satellit, forskerne gør nu også adgangen til rummet hurtigere og mere omkostningseffektiv.

Rester af vragdele, der suser rundt, udgør en alvorlig fare for alt, der bevæger sig i rummet. For at undgå dette affald, det er vigtigt at vide, hvor det er placeret.

"Ved brug af den nye GESTRA overvågningsradar, det er muligt at detektere genstande og affald i lav kredsløb om jorden op til 3000 kilometer, siger Helmut Wilden, Teamleder for multifunktionel RF-sensorteknologi ved Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques FHR i Wachtberg nær Bonn. Mens GESTRA er i stand til at scanne store områder af rummet døgnet rundt, radarsystemet TIRA observerer individuelle objekter nærmere. "GESTRA overvåger rummets vidder for at fastslå, om - og faktisk hvor mange - objekter der er. TIRA kan derefter producere et billede af de enkelte objekter, gør det muligt at analysere dem mere detaljeret, " forklarer Jens Fiege, Chef for intern og ekstern kommunikation hos Fraunhofer FHR. I øvrigt, med sine følsomme antenner, TIRA kan registrere objekter fra blot et par centimeter i størrelse og større, gør det muligt at måle deres baner med høj præcision.

Sårbarhedsanalyser og smart design

Når kollisioner med affald er uundgåelige, robuste materialer og smarte designs hjælper med at beskytte satellitter mod alvorlig skade. Den nye PIRAT-software fra Fraunhofer Institute for High-Speed ​​Dynamics, Ernst-Mach-Institut, EMI, i Freiburg beregner, om satellitdesignet eller individuelle komponenter ville modstå en kollision. Til denne ende, PIRAT faktorer i flyvevejen for den planlagte mission og de partikelpåvirkninger, der kan forventes i denne region. Kombineret med den eksperimentelle simulering af kollisioner, forskerne ved Fraunhofer EMI skaber faktabaserede sårbarhedsanalyser og beskyttelseskoncepter. "PIRAT gør det muligt at bestemme fejlsandsynligheden for individuelle komponenter – selv inde i satellitten – hvis et stykke rumskrot gennemborer ydervæggen ved kollision og breder sig ud som en sky af fragmenter, " forklarer Dr. Martin Schimmerohn fra Fraunhofer EMI. "Gennem den smarte placering af komponenter og tilføjelsen af ​​tynde beskyttende lag, du kan finde et sikkert design med minimal indvirkning på det overordnede system."

Lille satellit med 3-D-printet komponent

Takket være innovative Fraunhofer-teknologier, det vil ikke kun være sikrere at rejse til rummet i fremtiden, men også hurtigere og mere omkostningseffektivt. I form af ERNST, forskere ved Fraunhofer EMI har udviklet en lille satellit, der er let, pålidelig og multifunktionel, hvilket vil gøre det muligt at skære ned på udviklingsomkostninger og time-to-orbit. "Generelt, flere små satellitter kører piggyback med store løfteraketter – det giver selv små grupper af forskere med begrænsede økonomiske ressourcer mulighed for at udføre forsøg i rummet. I forskning, dette er et vigtigt skridt fremad for os, siger Thomas Loosen, Leder af Fraunhofer Space Alliances administrative kontor. Selvom små satellitter ikke kan transportere nogen tung nyttelast, de kan forbindes til at danne større konstellationer, gør dem i stand til at levere tjenester såsom global jordobservationsdækning i høj kvalitet.

Da de blev båret i kredsløb i 2021, ERNST bliver udstyret med et infrarødt kamera til jordobservation. Interessant nok, kameraet er monteret på et specielt beslag kendt som en optisk bank, som blev fremstillet ved hjælp af metallisk 3-D printteknologi. 3-D printmetoder giver nye, næsten ubegrænset designfrihed samt kortere produktionstider. Før nu, de er blevet brugt meget begrænset i rumfartssektoren på grund af de strenge sikkerheds- og kvalitetsstandarder. Med ERNST nanosatellitten, forskerne ved Fraunhofer EMI har nu en testplatform til deres rådighed for at demonstrere denne lovende fremtidens teknologi.