Entwicklung, Fertigung und Test einer Schutzvorrichtung für eine landende Raumsonde

Kurzfassung

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens ist ein gewichtsoptimiertes Landesystem für eine Raumsonde, die kleine Himmelskörper erkundet, entwickelt worden. Die aus der Anziehungskraft des Zielobjektes resultierende Landegeschwindigkeit muss durch eine energieabsorbierende Dämpfungsstruktur abgebaut werden, um eine unbeschadete Landung der Raumsonde zu gewährleisten. Basierend auf repräsentativen Anforderungen aktueller und geplanter Missionen ist ein Landekonzept für die Raumsonde MASCOT des DLR realisiert worden. Die Schutzstruktur umschließt den gesamten Lander, da dieser beim Landeanflug keine Lagekontrolle besitzt und in jeder erdenklichen Position aufprallen kann. Nach der Landung wird diese schützende Struktur jedoch aufgeklappt oder weggesprengt, damit die Instrumente der Sonde mit den Untersuchungen vor Ort beginnen können und die Kommunikationsantenne Daten zum Mutterschiff im Orbit schicken kann. Die Schutzstruktur ist durch eine Schale realisiert worden, welche in Sandwichbauweise mit Deckschichten aus Faserverbundkunststoffen und einem metallischen, energieabsorbierenden Kern aufgebaut wird. Diese Crash-Struktur ist im Rahmen des Projektes erstmalig mit Hilfe des additiven Fertigungsprozesses des Laserschmelzens von Metallen generiert worden. Dieses bietet den Vorteil, komplexe, lastangepasste Gitterstrukturen generieren zu können und somit optimales Crash-Verhalten bei einem geringen Gewicht zu erzielen. Dabei sind insbesondere materialspezifische Aspekte, wie die Definition geeigneter Materialien in Wechselwirkung mit der zu konstruierenden Gitterform und das makroskopische Verhalten der Gitterstruktur und Berücksichtigung raumfahrtspezifischer Anforderungen zu untersucht worden. Neben der Entwicklung der Crashstruktur mittels Materialtests und numerischer Simulationen ist ein Entfaltungsmechanismus zum Entfernen der Schutzhülle erforderlich. Um dessen konstruktive und strukturelle Auslegung validieren zu können, wurden Landeversuche nachgestellt, die die Crash-Eigenschaften und deren Einfluss auf den Entfaltungsmechanismus untersucht haben.