Weltraumsimulation

Satelliten, Raumsonden, Lander und Rover sind komplexe Systeme. Sie bestehen aus verschiedenen Subsystemen und Komponenten. Äußere Einflüsse wie beispielsweise Sonneneinstrahlung, die Albedostrahlung der Erde und der Planeten, der Kältehintergrund des Weltalls oder die durch das System selbst verursachte Wärme wirken auf den Satelliten ein und können dazu führen, dass Komponenten des Satelliten zu kalt oder zu heiß werden. Die Berechnung und Optimierung des Wärmehaushalts des Satelliten ist deshalb eine anspruchsvolle Aufgabe und stellt sicher, dass sämtliche im Satelliten verbauten Systeme optimal funktionieren.

In der Weltraumsimulationsanlage WSA/TVA der IABG können solche extremen Umweltbedingungen simuliert werden. Der eingebaute Solarsimulator bildet die Sonnenstrahlung mithilfe von Xenon-Lampen adäquat nach. Ein Bewegungssimulator ermöglicht die Rotation des Prüflings während des Tests. Zusätzliche Thermalplatten (aktiv oder passiv) sowie Infrarotbestrahlungseinrichtungen können nach Anforderung in die Testanlage eingebracht werden. Außerdem verfügen wir über weitere Anlagen verschiedener Größe und mit unterschiedlichem Leistungsvermögen

Der Satellit CryoSat in der Weltraumsimulationsanlage (WSA) der IABG

Thermal-Vakuum-Kammern

Leistungsspektrum unserer Thermalvakuumkammern
(WSA, 5 m TVA, 3 m TVA, 2,5 m HeTVA, 2 m TVA)

Simulation der Weltraumbedingungen: Hochvakuum, niedrige Hintergrundtemperatur (LN2)
Reinraumklassen ISO 8 und ISO 5 (5m TVA &2.5m HeTVA)
Erzeugung eines künstlichen Sonnenstrahls mithilfe von Xenon Lampen (WSA)
Freie Bewegung des Testobjekts relativ zur Sonneneinstrahlung mithilfe eines Bewegungssimulators (WSA)
Mikrovibrationsentkopplung (5m TVA)
Hochtemperatur (700 K) und Tieftemperatur (10K) in 2.5m HeTVA
Individuelle Lösungen und Leistungen auf Anfrage
Kammerdurchmesser von ca. 2 m bis über 6 m, Kammerlängen von ca. 2 m bis 14 m.

Tests in der Thermal-Vakuum-Kammer

Thermalvakuumtest (TV)

Thermische Funktionstests im Hochvakuum: Tests kompletter Systeme als auch einzelner Komponenten des Kontrollsystems bei sich verändernden Temperaturen.

Thermalgleichgewichtstest (TB)

Tests bei thermischem Gleichgewicht im Vakuum bei unterschiedlichen Temperaturniveaus zur Verifizierung von thermischen Modellrechnungen.

Thermalvakuumzyklentest (TC)

Test, bei dem der Prüfling einer bestimmten Zahl von Temperaturzyklen mit vorgegebener Minimal- und Maximaltemperatur sowie definierten Haltezeiten und Temperaturrampen ausgesetzt wird.

Bake Out Test

Test, bei dem der Prüfling einer hohen Temperatur im Vakuum für einen definierten Zeitraum ausgesetzt wird. Prüflinge werden so von Ausgasungsprodukten (z. B. Silikone, die sich produktionsbedingt in der Struktur oder in Klebstoffen befinden), befreit.

Tieftemperaturtest bei kryogenen Temperaturen

Die Temperierung der Thermalwände der Testkammern erfolgt im Normalfall durch flüssigen oder gasförmigen Stickstoff. Dadurch lässt sich eine Minimaltemperatur von ca. 90 Kelvin erreichen, was für die meisten Testkampagnen ausreichend ist. Für spezielle Anforderungen, wie sie beispielsweise für gekühlte optische Instrumente bestehen, sind jedoch wesentlich tiefere Temperaturen erforderlich. Deshalb betreiben wir eine Testkammer, die mit einem Helium-Kühlsystem ausgestattet ist. Hiermit können Temperaturen bis zu 10 Kelvin (nahe dem absoluten Nullpunkt) erreicht werden.

Hochtemperaturtests

Immer mehr Raumfahrtmissionen haben das Ziel, die Sonne und den sonnennächsten Planeten Merkur zu erforschen. Die dort herrschenden extremen Temperaturen erfordern die Entwicklung neuer Materialen und eine Optimierung des Satellitendesigns.

Wir haben unsere Testanlagen und Testmethoden für diese neuartigen Missionen weiterentwickelt. Schwerpunkte sind dabei die Erzeugung von Temperaturen bis zu 450 °C, die korrekte Messung der Temperaturen sowie bei Bedarf die Messung von Verformungen am Prüfling. In Pionierarbeit haben wir Methoden entwickelt, welche der europäischen Raumfahrtindustrie das Testen ihrer Produkte für Missionen wie beispielsweise Bepi Colombo oder SolO ermöglichen.

Infrarot-Tests (IR / OSTC)

Tritt ein geostationärer Satellit aus dem Erdschatten in das Sonnenlicht ein, so treten besonders an großflächigen Komponenten wie Solar Panels, Yokes oder Antennenreflektoren hohe Temperaturgradienten auf. Diese extremen und ständig wiederkehrenden thermischen Belastungen (Thermischer Stress) können mit Hilfe von Infrarot-Bestrahlungsfeldern simuliert werden. Während die Kammerwand durchgehend den kalten Weltraumhintergrund spiegelt, übernimmt die IR-Anlage die Temperierung des Prüflings.

Um Tests im Temperaturbereich von 98 K bis 470 K und Umsteuerrampen bis zu 40 K/min zu realisieren, stehen zwei Standard-Thermalwände (3,8 m x 2,6 m und 5,1 m x 2,4 m) mit Infrarot (IR)-Strahlern zur Verfügung.

Sonnensimulation für Satelliten, Raumsonden und Raumfahrzeuge

Die Weltraumsimulationsanlage (WSA) der IABG ist ausgestattet mit einem Sonnensimulationssystem, das sowohl eine kreisrunde als auch eine rechteckige uniforme Bestrahlung ermöglicht. Die maximale Leistung beträgt 1.950 W/m² bei einer Ausleuchtung von ca. 3,6 m im Durchmesser oder 3 m x 4,5 m im Rechteck. Über unseren Bewegungssimulator lassen sich kundenspezifische Orbit-Szenarien des Prüflings simulieren. Die Kammerwände simulieren den Weltraumhintergrund über das Stickstoff-Kühlsystem (LN2).