Entwicklung eines additiv gefertigten Schutzes gegen hochenergetische Strahlung für Satellitenelektroniken (Bachelorarbeit)

Kurzfassung

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) forscht im Rahmen des Projekts „Integrated Research Platform for Affordable Satellites“ (IRAS) an neuen Bauweisen und Prozessen zur Beschleunigung und Kostenminderung im Bereich des Satellitenbaus. Zwei ausschlaggebende Sektoren zur Kostenreduktion sind die Gewichtsreduktion und die Optimierung des Fertigungsablaufs. Unter dieser Zielsetzung wird in der vorliegenden Arbeit ein additiv gefertigter Strahlungsschutz gegen Weltraumstrahlung entwickelt. Der Strahlungsschutz ist als Teil einer Technologiedemonstration als Nutzlast bei einer LEO-Mission vorgesehen. Vor der Auslegung des Strahlungsschutzes wird dafür eine Literaturrecherche durchgeführt, um ein ideales Konzept zu entwickeln. Unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen von Trägersatellit und seitens des Projekts selbst, wird als erster Schritt der Auslegung die Strahlungsbelastung während der gesamten Missionsdauer auf den Strahlenschutz bestimmt. Nach der Bestimmung dieser Werte wird im Anschluss die benötigte Aluminiumdicke errechnet, die den kommerziellen Sensor im Technologiedemonstrator schützen soll. Es folgt eine Umrechnung der Aluminiumdicke in die Dicke für eine Schirmung aus den additiv fertigbaren Materialien. Nach der Bestimmung der endgültigen Schirmungsdicke folgt eine Geometrieauswahl. Durch dieses Vorgehen wird die benötigte Dicke auf die bestmögliche Geometrie angewendet. Da der Strahlungsschutz in den Wabenkern des Technologiedemonstrators integriert werden soll, werden im Anschluss kleinere Anpassungen an der Schirmungsgeometrie vorgenommen. Der finale Strahlungsschutz besteht aus drei Schichten. Zwei Low-Z-Schichten aus PEEK mit Kohlenstoffkurzfasern werden von einer High-Z-Schicht aus PEEK mit Wolframpartikeln getrennt. Der Strahlungsschutz ist aufgrund der Materialwahl und des identischen Fertigungsverfahrens in die Wabenkernfertigung integrierbar. Im Rahmen dieser Arbeit kann ist die Konzeptionierung und Auslegung des additiv gefertigten Strahlungsschutz ganzheitlich vollzogen werden. Die theoretische Umsetzung des Konzepts zeigt das Potential eines additiv gefertigten Strahlungsschutzes nicht nur in der Funktionsintegration, sondern auch beim konventionellen Satellitenbau auf.