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Characterizing lightweight and dimensionally ultra stable structures for space applications

Spannagel, Ruven und Schuldt, Thilo und Golke, Martin und Sanjuan, Jose und Messerschmidtt, Boris und Lucarelli, Stefano und Johann, Ulrich und Weisen, Dennis und Braxmaier, Claus (2013) Characterizing lightweight and dimensionally ultra stable structures for space applications. 64th International Astronautical Congress, Beijing, China, 3-7.09.2013, Beijing, China.

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Kurzfassung

Lightweight and dimensionally ultra stable materials and structures are becoming more and more important for spaced based applications. For scientific and earth observation missions, instruments with ultra high precision requiring ultra-stable structural materials are necessary to achieve the mission goals. Ultra stable glass ceramics exhibit a very good behavior in terms of dimensional stability, but its huge mass is a disadvantage. Composite materials like CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) are lightweight and their CTEs (coefficient of thermal expansion) are tunable to be low at a specific temperature. On the other hand these composite materials are changing their geometry during time and environmental situations caused by outgassing. Structures combining the stiffness and lightweight properties of CFRP and the dimensional stability of Zerodur are a key technology for future space missions. Building such structures and measuring their stability are both challenging tasks. Our focus is to measure the dimensional stability of lightweight and dimensionally stable structures for LISA/NGO and GRACE-FO. We characterized an optical breadboard consisting of two 5 mm thick Zerodur plates connected via a CFRP honeycomb structure leading to a weight reduction of 70%. For GRACE-FO the thermal stability of the triple mirror assembly (TMA) of the laser ranging instrument consisting of a 0.5 m CFRP spacer and Zerodur endfittings on each side was characterized. For these measurements a new facility was built. To measure the CTE of the structures a heterodyne interferometer is used to detect the expansion of the device under test. Two beams are reflected at two mirrors attached representatively to the structure on each side. The noise level of our interferometer was demonstrated to be below 2pm/sqrt(Hz) ensuring an ultra-high sensitivity of our measurements. The temperature is measured using PT100 sensors. Temperature changes are applied radiatively by a heating system in vacuum. In this paper, we present our new measurement facility and first measurements of the dimensional stability of the GRACE-FO TMA.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/88185/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Characterizing lightweight and dimensionally ultra stable structures for space applications
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Spannagel, Ruvenruven.spannagel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schuldt, ThiloDLR- RY, Germany, 6University of Applied Sciences Konstanz, Institute for Optical Systems, 78462 Konstanz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Golke, MartinDLR-RYNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sanjuan, JoseDLR-RYNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Messerschmidtt, BorisAstrium GmbH–Satellites, Friedrichshafen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lucarelli, StefanoAstrium GmbH–Satellites, Friedrichshafen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Johann, UlrichAstrium GmbH–Satellites, Friedrichshafen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weisen, DennisAstrium GmbH–Satellites, Friedrichshafen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Braxmaier, ClausDLR-RY, ZARM, University of Bremen,1Astrium GmbH–Satellites, 88039 Friedrichshafen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:September 2013
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:coefficient of thermal expansion (CTE), CTE measurement, dimensionally stable structures, optical dilatometry
Veranstaltungstitel:64th International Astronautical Congress, Beijing, China
Veranstaltungsort:Beijing, China
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:3-7.09.2013
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - keine Zuordnung
Standort: Bremen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtsysteme > Systems Enabling Technologies
Hinterlegt von: Aguilera, Deborah
Hinterlegt am:13 Feb 2014 10:07
Letzte Änderung:08 Mai 2014 23:20

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