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Satellitenantennen für perfekte Performance

Zu den Performance bestimmenden Eigenschaften moderner Reflektorantennen auf Kommunikationssatelliten zählen unter anderem das Gewicht-Steifigkeitsverhältnis und das thermo-elastische Verhalten. Um die hohen technischen Anforderungen an solche Strukturen zu erfüllen, setzt INVENT bei ihrer Produktion ausschließlich Premium-Materialien auf dem neuesten Stand der Forschung und Entwicklung ein.

Dual Gridded Reflector (Bild © HPS) / HISST Antennendemonstrator / STANT Antennendemonstrator (Bild © HPS)

Neben extrem steifen Pechfasern in Cyanate-Ester-Matrix werden innovative Strukturkomponenten wie die CFK-Wabenstruktur CCORE verwendet. Deren zukunftweisende Kombination mit einem optimierten Sandwichdesign ermöglicht eine signifikante Leistungssteigerung gegenüber einer klassischen Aluminiumbauweise. CFK/CFK-Reflektoren sind somit auch unter extremen Weltraumbedingungen mit Temperaturen von +/- 150 °C in der Lage, höhere Datenraten bei einem geringeren Gewicht der Antennen zu übertragen. 

Beispiel HISST

Antennenreflektor „HISST“ mit CFK-Wabe „CCORE“

Für den Antennendemonstrator "Höchst innovative Satcom Strukturen mit erhöhten thermischen und elektromagnetischen Eigenschaften" (HISST) wurden ausschließlich erstklassige Materialien verwendet. Neben hoch-moduligen Pechfasern in Cyanate Ester Matrix kamen innovative Komponenten wie die CFK-Wabenstruktur CCORE zum Einsatz.

In Kombination mit einem optimierten Design können somit die maßgeblichen Reflektor-Anforderungen an minimale thermoelastische Verformungen und ein günstiges Gewichts-Steifigkeits-Verhältnis für den Einsatz auf Kommunikationssatelliten erfüllt werden. Die CFK-Wabe CCORE garantiert dabei ein geringes Gewicht, eine hohe Steifigkeit und vor allem die Homogenität der Struktur, da ähnliche CFK-Materialien eingesetzt werden. Andere Bauweisen bzw. ähnliche Bauweisen aus anderen Materialien würden nicht die gleichen Resultate erzielen.

Beispiel STANT

Das STANT Antennensystem während der Vibrationstests (Bild © HPS)
STANT während der Testkampagne zur Bestimmung der RF-Performance (Bild © HPS)
CFK-Sandwichstruktur des Antennenreflektors
CFK-Wabe CCore, wie sie für alle Sandwichbauteile eingesetzt wurde

Im Rahmen eines ARTES 5.2 Projektes der Europäischen Raumfahrtagentur ESA mit dem Namen „Stable Antenna Structure Technology“ (STANT) konnte die INVENT GmbH mit Ihrem Projektpartner HPS erstmalig ein eigenes komplettes, flugfertiges Antennensubsystem realisieren, dessen Parameter und Performance in Europa einzigartig sind. Gleichzeitig ermöglicht das dabei verwendete Ka & Q/V-Frequenzband eine deutlich höhere Datenübertragungsrate gegenüber herkömmlichen Systemen, eine Eigenschaft die in Kombination mit der äußerst geringen Masse den Kunden deutliche Wettbewerbsvorteile bringt.

Das komplett aus ultrahochmoduligen Pechfasergewebe gefertigte System weist eine sehr präzise Geometrie auf. Die Wahl des Werkstoffes sorgt außerdem für einen geringen Wärmeausdehungskoeffizienten, so dass die Deformationen der Reflektorschalen unter den im Einsatz herrschenden Temperaturschwankungen von +/- 150°C bei lediglich 20 µm RMS liegen. Die Kombination mit einer Cyanat-Ester-Matrix, mit ihrer hohen Glasübergangtemperatur, ermöglicht sogar Einsatztemperaturen von bis zu 200 °C. Die metallischen Komponenten bestehen aus Invar und Titan und wurden individuell für STANT hergestellt.

Große Teile der Antenne bestehen aus Sandwichkomponenten. Für deren Herstellung wurde „CCore“ eingesetzt,  ein Wabenmaterial  aus hochmoduligen Kohlenstofffasern, welches bei INVENT entwickelt und für den Raumfahrteinsatz qualifiziert wurde und seit kurzer Zeit europaweit verfügbar ist. Dadurch wurde es möglich, das komplette System aus einem Minimum an unterschiedlichen Materialien zu fertigen, wodurch thermische Verspannungen verhindert und eine weitere Reduzierung der Masse ermöglicht wurden. Daraus resultiert ein extrem geringes Gesamtgewicht von nur 8,15 kg inklusive aller Befestigungen, der thermischen Isolierung und des Feed-Clusters. STANT zeichnet sich darüber hinaus neben dem innovativen Design und den eingesetzten leistungsfähigen Werkstoffen besonders durch eine hohe Steifigkeit, eine exzellente RF-Performance und eine hohe Kompaktheit aus. Der Bauraum für das Antennensystem beträgt lediglich 1,2 x 0,7 x 0,7 m.

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