Verbundvorhaben der INVENT GmbH, des Instituts für Raumfahrtsysteme der Universität Braunschweig und des Fraunhofer IST besteht Feuertaufe beim Parabelflug

16. September 2019

Leichtbau ist ein Schlüsselthema für die Raumfahrt. Denn jedes Kilo, das ins All befördert wird, kostet bis zu 20.000 Euro. Die auf innovativen Faserverbundleichtbau spezialisierte INVENT GmbH aus Braunschweig hat sich im Projekt OCULUS (Optical Coating for Ultra Lightweight Robust Spacecraft Structures), einem Verbundvorhaben zusammen mit dem Institut für Raumfahrtsysteme der TU Braunschweig und dem Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) mit der Frage befasst, wie Strukturen für leichte optische Spiegel in der Raumfahrt aussehen können und zu welchen Masse- und damit Kosteneinsparungen das führen kann.

„Im OCULUS-Projekt wurden verschiedene neue Produktionsprozesse kombiniert, um Carbon-Strukturen mit hochreflektiven Beschichtungen zu versehen. Wir haben mit unserem Ansatz den zweiten Platz beim INNOSpace-Masters-Wettbewerb des DLR Raumfahrtmanagements im Jahr 2016 belegt und im September 2019 im Rahmen der 34. DLR-Parabelflugkampagne in Bordeaux nachgewiesen, dass die Struktur auch in Schwerelosigkeit funktioniert“, erklärt Jesper de Wit, OCULUS-Projektleiter bei INVENT, und ergänzt: „Wir haben als Team einen Prozess entwickelt, um die Oberflächen von Kohlenstoff-Faserverbund (CFK)-Werkstoffen so zu metallisieren, dass sie als sehr leichte und kostensparende Spiegelsysteme bei Weltraumteleskopen eingesetzt werden können.“

Die INVENT GmbH legte ihren Fokus dabei auf die Entwicklung und Fertigung einer innovativen CFK-Grundstruktur, der Spiegel sollte entfaltbar, thermoelastisch stabil und modular sein. Der beim DLR-Parabelflug eingesetzte Demonstrator in CubeSat-Größe diente der Skalierbarkeit und dem Nachweis von Performanz-Steigerungen bei Kleinsatelliten. Der deutsche ESA-Astronaut Matthias Maurer – selbst promovierter Werkstoffwissenschaftler – hatte als “assoziiertes Teammitglied” ebenfalls beim Parabelflug-Experiment mitgearbeitet (siehe Fotos).

Jesper de Wit: „Vor Ort beim Parabelflug waren die Kollegen von der TU Braunschweig. Sie haben getestet, wie sich ein Leichtbauspiegel in Schwerelosigkeit entfaltet, der 75 Prozent weniger Masse hat als ein konventionelles Spiegelsystem in der Raumfahrt. Dieser Spiegel war in einen CubeSat-Kleinsatelliten eingebaut. Eine besondere Herausforderung hierbei war auch, die optischen Anforderungen mit Primär- und Sekundärspiegel, Korrekturoptik und Sensor mit einem dazu passenden hochgenauen mechanischen System und Werkzeugkonzept zu verbinden. Das ist uns gelungen – es ist möglich, derartige CFK-Spiegel zu fertigen.“ In weiteren Schritten kann jetzt eine Modularisierung der Produktion für eine größere Stückzahl von CFK-Spiegeln und CubeSats inklusive Beschichtung bei sinkenden Kosten angedacht werden. Die Erzeugung von multifunktionalen Oberflächen durch intelligente Beschichtung der CFK-Komponenten oder Spin-offs auf Anwendungen außerhalb der Luft- und Raumfahrt, zum Beispiel im Werkzeug- und Maschinenbau oder bei erdgebundenen optischen Systemen (z. B. Teleskopen) sind weitere Ziele, die verfolgt werden sollen.

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JESPER DE WIT
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