Entwurf und Implementierung einer Gasmengensteuerlogik zum Befüllen aufblasbarer Raumfahrtstrukturen

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung, Implementierung und das Testen einer Gasmengensteuerlogik zur Steuerung des Befüllvorgangs aufblasbarer Raumfahrtstrukturen im Rahmen des Vorhabens Mars Boundary Layer Explorer (MABLE) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). MABLE beinhaltet die Entwicklung eines Super-Pressure Ballons zur Erforschung atmosphärischer Prozesse auf dem Mars. Die Kernanforderungen an die Steuerlogik sind die Ansteuerung eines Ventils bei Erreichen eines Differenzdruckgrenzwerts zwischen Ballon und Umgebung sowie bei Erreichen einer Grenzmasse im Ballon. Diese Anforderungen wurden in ein Konzept umgesetzt. Zur Verkürzung der Befülldauer wurde außerdem ein Konzept für eine Steuerung mit zwei Ventilen dargestellt. Die Steuerlogik für ein Ventil wurde auf einen Mikrocontroller abgebildet und in ein Labormodell implementiert. Die Funktionalität der Steuerung wurde durch Tests mit verschiedenen Massenströmen und verschiedenen Differenzdruckgrenzwerten gezeigt. Anschließend wurde die Zuverlässigkeit der Steuerung, durch wiederholte Tests bei gleichbleibenden Bedingungen demonstriert. Diese Tests fanden ohne Befüllung des Ballons statt. Abschließend wurden zwei End-to-End-Tests durchgeführt, bei welchen zwei Befüllungen des Ballons erfolgreich mit der Steuerung gesteuert wurden. Beide Befüllvorgänge wurden nach Erreichen der Grenzmasse beendet und das Magnetventil wurde entsprechend geschlossen. Die entwickelte Steuerlogik kann demnach für die automatisierte Durchführung von zukünftigen Befüllvorgängen genutzt werden.