Während die Kommerzialisierung des Weltraums mit Hilfe von Satelliten in der niedrigen Erdumlaufbahn in eine Phase exponentiellen Wachstums eintritt, erlebt die tiefer gehende Erforschung des Weltraums mit bemannten und unbemannten Raumfahrzeugen, Orbitalstationen und Raketen, die Gegenstände ins All transportieren, eine neue Renaissance.
Denken Sie zum Beispiel an den Perseverance Rover, der jetzt die Oberfläche des Mars erforscht. Das Space Launch System ist leistungsfähiger als jede Rakete, die jemals gebaut wurde, und wurde entwickelt, um zum ersten Mal Flüge mit Besatzung in den Weltraum zu ermöglichen. Das Artemis-Projekt, das Menschen auf den Mond zurückbringen wird, mit dem Ziel, eine ständige Präsenz für wissenschaftliche Entdeckungen, die Entwicklung kommerzieller Möglichkeiten und als Vorbereitung für die menschliche Erkundung des Mars und darüber hinaus zu schaffen.
Dies sind nur einige der Projekte, die heute in Vorbereitung oder bereits in Betrieb sind. Die Möglichkeiten sind aufregend, aber um sie zu nutzen, müssen große Herausforderungen gelöst werden, um die Sicherheit der Menschen und den Erfolg der Mission zu gewährleisten.
Scheitern ist keine Option
Eine der größten Herausforderungen besteht darin, die Leistung und Zuverlässigkeit von Antriebssystemen zu gewährleisten, die viele Funktionen eines Raumfahrzeugs steuern, darunter Subsysteme für Höhe und Artikulation, Energieerzeugung, Kommunikation, Beobachtung, Umweltkontrolle und Lebenserhaltung und viele andere. Von diesen Motoren wird erwartet, dass sie über einen längeren Zeitraum – bei manchen Missionen mehr als 30 Jahre – unter den härtesten bekannten Bedingungen einwandfrei funktionieren.
Oberflächenerkundungsfahrzeuge (Rover), ob mit oder ohne Besatzung, haben zusätzliche Bewegungsanforderungen, einschließlich Motoren für Traktion und Lenkung, Steuerung von Roboterarmen, Kamerapositionierung für Navigation und Gefahrenvermeidung, Probenentnahme und viele andere spezielle Funktionen.
Raumschiffe mit Besatzung, Raumstationen und Wohneinrichtungen haben noch komplexere und kritischere Bewegungsanforderungen für Umweltkontroll- und Lebenserhaltungs-Subsysteme, Strahlenschutz, Wärmeabfuhr, kryogene Kühlpumpen, Höhenkontrolle, Mobilität, Drehmomentwerkzeuge und mehr.
Bemannte und unbemannte Raumfahrtmissionen hängen zunehmend von der Herstellung, Montage und Wartung von Ausrüstung durch Roboter ab. Ebenso werden Roboter für den Bau zukünftiger extraterrestrischer Siedlungsprojekte, den Abbau extraterrestrischer Ressourcen, die Wartung von Geräten und so weiter benötigt.
Aufgrund der vielen Abhängigkeiten zwischen all diesen Systemen und Subsystemen kann der Ausfall eines einzelnen Antriebssystems mehrere Elemente der Mission gefährden und eine schwierige, möglicherweise gefährliche Reparatur erfordern. Die Herausforderungen sind groß. Wenn ein Ausfall keine Option ist, wählen Sie Motoren, denen Sie vertrauen können.
Herausforderungen jenseits dieser Welt
Extreme Erschütterungen und Vibrationen treten an vielen Stellen auf dem Weg ins All auf, darunter beim Start, beim Erreichen von Mach 1, bei der Trennung der Raketenstufen, beim Zünden der Triebwerke, beim Andocken und bei der Landung. Motoren müssen in der Lage sein, all diesen Ereignissen standzuhalten, ohne dass Lager, Wicklungen, Anschlüsse, Rückführsysteme oder andere Komponenten beschädigt werden.
So wichtig eine robuste Konstruktion zur Vermeidung von Schäden auch sein mag, der Weltraum birgt andere Gefahren, die eine noch größere Bedrohung für die Funktionsfähigkeit von Motoren und anderen Komponenten darstellen, vor allem, wenn sie über Jahre oder sogar Jahrzehnte zuverlässig funktionieren sollen. Zu diesen Gefahren zählen vor allem extreme Temperaturen, Strahlung und Vakuum.
Die Grundtemperatur des Weltraums beträgt – 270 °C. Von dort aus können die Temperaturen je nach Umgebung auf sehr unterschiedliche Werte ansteigen. Zum Beispiel liegen die Temperaturen auf der Mondoberfläche am Äquator zwischen +120 °C am Tag und –130 °C in der Nacht. Dauerhaft abgeschattete Regionen in der Nähe der Pole können bis zu –253 °C kalt sein. Diese Regionen sind von besonderem Interesse, weil sie möglicherweise Wassereis beherbergen, das zum Trinken und zur Herstellung von Treibstoff verwendet werden kann.
Selbst mit Wärmemanagement-Systemen, die diese Bedingungen abmildern, müssen die Motoren auch bei extremen Temperaturen und schnellen Temperaturzyklen leistungsfähig sein. Genauso wichtig ist, dass sie nicht zu thermischen Problemen durch übermäßigen Temperaturanstieg beitragen, der die Lebensdauer verkürzen und andere, nahe gelegene Komponenten beschädigen könnte.
Die ionisierten Teilchen der galaktischen kosmischen Strahlung und die elektromagnetische Strahlung von Sonnenereignissen können energiereich genug sein, um das Äußere von Raumfahrzeugen zu durchdringen und die elektronischen und elektromechanischen Systeme im Inneren zu beschädigen. Bei Motoren müssen die Isolierung, die Ummantelung der Wicklungen und andere Komponenten aus speziellen Materialien bestehen, die unter diesem Strahlungsdruck besonders widerstandsfähig sind.
Im extremen Hochvakuum des Weltraums kann die Ausgasung von nichtmetallischen Materialien ein großes Problem darstellen, da flüchtige Verbindungen kondensieren und Linsen, Spiegel, Sensoren und andere Oberflächen kontaminieren. Beispiele für Materialien, die im Weltraum schlecht funktionieren, sind unter anderem Polyester, Teflon, Vinyl, Nylon, Silikon, Naturkautschuk, Butylkautschuk, Polystyrol und Polyethylen. Motoren, die für den Einsatz im Weltraum konzipiert sind, müssen auf diese Materialien verzichten oder sie durch spezielle Materialien ersetzen, die eine geringe Desorptions-/ Ausgasungsrate aufweisen.
Start mit Kollmorgen
Kollmorgen liefert seit dem Gemini-Programm in den 1960er Jahren Motoren, die für die Raumfahrt entwickelt wurden. Dies gilt auch für die Skylab-Raumstation, die Space Shuttles und die heutige exponentielle Zunahme von Satelliten im niedrigen Erdorbit.
Gleichzeitig dringen unsere weltraumtauglichen Motoren immer weiter in den Weltraum vor. Sie waren auf den Apollo-Missionen zum Mond, auf dem Mars-Lander Viking 1 und auf den Mars-Rovern Spirit, Opportunity, Curiosity und Perseverance. Und unsere Kunden planen, unsere Motoren in vielen weiteren Missionen einzusetzen, da die Renaissance der Weltraumforschung an Fahrt gewinnt.
Kollmorgen ist der richtige Partner für Ihre Raumfahrzeuge, denn wir sind darauf spezialisiert, gemeinsam Motoren zu entwickeln, die sich an die jeweilige Umgebung anpassen – egal wie extrem diese sein mögen.
Für Weltraumanwendungen können wir Lösungen anbieten, die unsere rahmenlosen Motorplattformen KBM, TBM und RBE nutzen, die für den Einsatz in Umgebungen mit starker Strahlung geeignet sind. Die Motoren können so konstruiert werden, dass sie die Ausgasungsanforderungen der NASA-STD-6016A erfüllen und gleichzeitig im Hochvakuum arbeiten. Sie sind in Ausführungen mit einem sehr hohen Umgebungstemperaturbereich und geringem Wärmeanstieg erhältlich. Und die klassenbeste Drehmomentdichte minimiert Größe und Gewicht – ein entscheidender Faktor für jede Raumfahrtanwendung.
Da die Modifikationen unserer konventionellen Motoren für Weltraumanwendungen auf Standard-Designs basieren, kann Kollmorgen dazu beitragen, einmalige Entwicklungskosten und Vorlaufzeiten für Motoren zu reduzieren, die für eine jahrelange Leistung unter den unnachgiebigen Bedingungen der Weltraumforschung und extraterrestrischer Siedlung ausgelegt sind.
Sind Sie bereit loszulegen?
Wir sind bereit, Ihnen dabei zu helfen, Ihr Raumfahrtprogramm in Gang zu setzen und außergewöhnliche Leistungen zu vollbringen. Nehmen Sie also Kontakt mit uns auf. Wir bringen Sie mit Ingenieuren in Kontakt, die die Anforderungen verstehen, bereits viele zuverlässige Hochleistungsmotoren ins All gebracht haben und bereit sind, Ihnen beim Start eines erfolgreichen Programms zu helfen.
