Experimentelle Verifikation von "Chameleon Tail Booms"

Abstract

Das Institut entwickelt im Zusammenhang mit der Realisierung eines treibstofflosen Solar Sail Raumfahrtantriebs entfaltbare Leichtbaustrukturen. Mit der Zielsetzung weitere Gewichtseinsparpotenziale nutzbar zu machen, wurde kürzlich ein Entfaltungskonzept patentiert, das auf Grundlage so genannter STEM-Booms die Selbstentfaltung von Maststrukturen ermöglicht. Im Gegensatz zu bereits etablierten Entfaltungssystemen basiert das neue Verfahren auf der Nutzung von Formänderungsenergie, die in den Masten im gestauten Zustand gespeichert ist. Erste einfache Bodentests haben gezeigt, dass die Selbstentfaltung der Masten prinzipiell funktioniert. Allerdings ergeben sich offene Fragen, die sich ohne eine experimentelle Verifikation unter Weltraumbedingungen nicht zweifelsfrei ausräumen lassen. Da das Verfahren bewusst ohne komplizierte Führungsmechanismen auskommen soll, besteht tendenziell die Gefahr einer chaotischen Entfaltung. Die Akzeptanz für eine zukünftige Nutzung des Konzepts zur Entfaltung großer, lasttragender Maststrukturen kann nur dann erreicht werden, wenn der Nachweis einer reproduzierbaren und sicheren Entfaltung unter 0g-Bedingungen gelingt. Im Rahmen der Studienarbeit soll ein Verifikationsexperiment für das neue Verfahren ausgearbeitet werden. Die primäre Zielsetzung des Tests ist der Nachweis der Funktionalität unter 0g-Bedingungen. Es sollen unterschiedliche Verifikationsmöglichkeiten analysiert und die geeignetste Variante ausgewählt werden. Verifikationsmöglichkeiten ergeben sich zum Beispiel durch Gravitationskompensationssysteme und einen Bodentest, 0g-Parabelflüge oder echte On-Orbit Verifikationen im Vakuum. Dabei soll ein Kompromiss zwischen wissenschaftlichen Nutzen des Experiments und finanziellem Aufwand berücksichtigt werden. Nach der Definition und Spezifikation des Experiments soll eine Versuchsvorrichtung konstruiert und gebaut werden. Der Entwurf der Vorrichtung soll nach Möglichkeit Anforderungen berücksichtigen (z.B. Volumen, Gewicht), die für ein späteres System-Redesign eines Solar Sail Entfaltungsmoduls von Bedeutung sind.