Am 30. Juli 1955 gaben die Vereinigten Staaten ihren Entschluss bekannt, im Rahmen des Internationalen Geophysikalischen Jahres 1957–1958 Satelliten ins All zu schießen. Vier Tage später kündigte die Sowjetunion an, dass auch sie bald Satelliten starten würde. Das „Space Race“ begann, und jahrzehntelang verfolgte die Welt fasziniert jeden neuen Start.

Heute findet ein anderes Wettrennen im Weltraum mit weit weniger Aufsehen statt. Die NASA beschreibt den Low Earth Orbit (LEO) als eine kommerzielle Wirtschaft, voller Möglichkeiten für staatliche, akademische und insbesondere gewinnorientierte Unternehmen.

Etwa 7.500 Satelliten befinden sich bereits im LEO, und diese Zahl wird in den nächsten 10 Jahren und darüber hinaus sprunghaft ansteigen. Ein Bericht des United States Government Accountability Office prognostiziert den Start von 58.000 zusätzlichen Satelliten bis zum Jahr 2030, wobei das Tempo der Starts von Jahr zu Jahr erheblich zunehmen wird. Starts von 40–60 Satelliten auf einer einzigen Rakete sind bereits üblich, und im Januar 2021 beförderte eine SpaceX-Rakete eine erstaunliche Nutzlast von 143 Satelliten.

Bahnbrechende Möglichkeiten, zeitlose Geschäftsprinzipien

Der größte Teil des Wachstums in der kommerziellen LEO-Wirtschaft wird von großen Satellitenkonstellationen angetrieben, die in globalen Netzwerken arbeiten, um Kommunikation, Internetzugang, Erdbeobachtung, Wetterüberwachung, globale Positionierung und andere Dienste anzubieten. Es werden sicherlich viele neue Anwendungen entstehen. Wird zum Beispiel bei so viel LEO-Aktivität eine neue Art von Müllsammel-Satelliten benötigt, um gefährliche Trümmer zu entfernen?

Unternehmen wie Amazon, Planet, OneWeb, SpaceX, Lockheed Martin, Sierra Nevada Corporation und L3Harris sind derzeit führend – aber das Feld ist weit offen für Innovatoren, die neue Möglichkeiten schaffen, die alles von der Landwirtschaft bis zur Katastrophenhilfe, von der Gesundheitsversorgung aus der Ferne bis zur globalen Sicherheit und darüber hinaus zu revolutionieren versprechen. Wie bei jedem kommerziellen Unternehmen hängt der Erfolg in der Raumfahrt von der Anwendung grundlegender, uralter Geschäftsprinzipien ab – einschließlich der Notwendigkeit, den Wert zu maximieren und gleichzeitig die Kosten zu minimieren.

Motoren, die für die Anforderungen des Weltraums und die Realitäten des Marktes entwickelt wurden

Für die Motoren, die Robotergelenke und Aktuatoren, kryogene Kühlsysteme, Reaktionsräder, Antennen, Solarpaneele, Gyroskope und andere Funktionen steuern, müssen die Konstrukteure von Satelliten Möglichkeiten finden, einmalige Entwicklungskosten und Vorlaufzeiten zu reduzieren – ohne Kompromisse bei der Leistung einzugehen.

Die Motoren müssen schnell in der benötigten Menge verfügbar sein und gleichzeitig die Qualität und Zuverlässigkeit bieten, die für einen zuverlässigen Betrieb über die 3 bis 5 Jahre erforderlich sind, die LEO-Satelliten in der Regel in Betrieb bleiben. Die Motoren müssen nicht nur für die jeweilige Anwendung geeignet sein und die Spezifikationen erfüllen, sondern auch den harten Bedingungen des Weltraumflugs standhalten können.

Stöße und Vibrationen. Nutzlasten können aufgrund der Belastungen beim Start und Flug einer Rakete extremen Stößen und Vibrationen ausgesetzt sein. Die Motoren müssen diesen Kräften zuverlässig standhalten, ohne ihre Leistung zu beeinträchtigen, sobald der Satellit in die Umlaufbahn gebracht wurde.

Kollmorgen bietet mehrere LEO-taugliche Lösungen mit unseren KBM-, TBM-, RBE- und anderen rahmenlosen Servomotorplattformen an – alle für den Einsatz unter extremsten Bedingungen und in Anwendungen, bei denen ein Ausfall keine Option ist. Tausende und Abertausende dieser Motoren beweisen jeden Tag ihre Zuverlässigkeit in extremen Umgebungen mit starken Erschütterungen und Vibrationen – an Land, unter Wasser und natürlich im Weltraum.

Extreme Temperaturen. Wenn eine Raumsonde vom Sonnenlicht in den Erdschatten eintritt, können die Temperaturen zwischen +125 ºC und –65 ºC schwanken. Außerdem bedeutet das Fehlen einer Atmosphäre, dass es im Weltraum keine konvektive Kühlung gibt. Daher müssen die Temperaturen innerhalb des Satelliten – einschließlich der von den Motoren und der Elektronik erzeugten Wärme – durch Wärmestrahlung gesteuert werden, oft mit Unterstützung eines aktiven Systems wie einem Kryokühler oder einer gepumpten Flüssigkeitsschleife, um Wärme zu und von den Kühlern zu übertragen.

Motoren müssen in der Lage sein, dem thermischen Schock ständiger, extremer Temperaturwechsel standzuhalten. Und sie dürfen das gesamte Wärmemanagement nicht durch einen übermäßigen Temperaturanstieg der Wicklungen erschweren. Kollmorgen hat Materialrezepturen entwickelt, die einen erweiterten Umgebungstemperaturbereich für unsere elektromagnetischen Standarddesigns bieten. Dadurch können modifizierte Versionen unserer Standardmotoren trotz der extremen Temperaturen im Weltraum zuverlässig arbeiten. Durch den Einsatz hocheffizienter Elektromagnete können die Motoren von Kollmorgen die erforderliche Leistung bei einem relativ geringen Temperaturanstieg erbringen, ohne dass ein größerer und schwererer Motor erforderlich ist.

Strahlung. Ionisierte Teilchen und elektromagnetische Strahlung von Sonnenereignissen und galaktischer kosmischer Strahlung können energiereich genug sein, um das Äußere von Satelliten zu durchdringen und Materialien im Inneren zu beschädigen. Bei Motoren kann die Strahlung herkömmliche Materialien zersetzen, die für die elektrische Isolierung und die Wicklungskapselung verwendet werden, die zur Wärmeregulierung und zum Schutz vor Stößen beitragen.

Kollmorgen ist in der Lage, verschiedene Modifikationen an vielen seiner Standardmotoren vorzunehmen, um die Anforderungen an Zuverlässigkeit und Lebensdauer von LEO-Satelliten zu erfüllen. Dazu gehören firmeneigene, strahlenresistente Isolier- und Verkapselungsmaterialien.

Die Ausgasung. Nichtmetallische Materialien können im Vakuum und in der Sonnenwärme des Weltraums ausgasen. Diese flüchtigen Verbindungen können als Verunreinigungen auf Linsen, Spiegeln, Sensoren und anderen für die Funktion des Satelliten wichtigen Oberflächen kondensieren. Beispiele für Materialien, die im Weltraum schlecht funktionieren, sind unter anderem Polyester, Teflon, Vinyl, Nylon, Silikon, Naturkautschuk, Butylkautschuk, Polystyrol und Polyethylen.

Viele dieser Materialien finden sich in Motoren, die für terrestrische Anwendungen entwickelt wurden, wie z. B. die Polyester, die in gängigen Wickellacken verwendet werden. Kollmorgen kann jedoch viele seiner Standardmotoren mit speziellen Materialien und firmeneigenen Herstellungsverfahren modifizieren, um den Anforderungen von Vakuumumgebungen gerecht zu werden, einschließlich der Erfüllung des NASA-STD-6016A Ausgasungsstandards von ≤ 0,1 Prozent gesammelter flüchtiger kondensierbarer Materialien (CVCM).

Größe und Gewicht. Früher war der Weltraum die Domäne von staatlichen Raumfahrtbehörden und alteingesessenen Industriegiganten, heute ist der LEO-Raum nicht mehr die Grenze der populären Vorstellung. Es ist ein Markt, der Innovatoren und Unternehmern aller Art offen steht. Dies zeigt sich insbesondere in der Entwicklung hochspezialisierter Minisatelliten (100–500 kg), Mikrosatelliten (10–100 kg), Nanosatelliten (1–10 kg) und noch kleinerer Pikosatelliten – allesamt ermöglicht durch die zunehmende Miniaturisierung von Komponenten, die immer mehr Leistung bei geringeren Kosten bieten.

Größe und Gewicht waren schon immer wichtig für Gegenstände, die in den Weltraum geschossen werden, aber in Zeiten, in denen eine einzige Rakete weit über 100 Satelliten tragen kann, sind weltraumtaugliche Motoren extrem wertvoll, die maximale Leistung in einem möglichst leichten, kompakten Paket liefern. Kollmorgen bietet rahmenlose Servomotoren mit führender Leistungs- und Drehmomentdichte in einer breiten Palette von Standardgrößen an, die ideal geeignet sind, um Größe und Gewicht zu minimieren und gleichzeitig die Leistung in Satelliten jeder Klasse zu maximieren.

Lassen Sie uns das genauer unter die Lupe nehmen

Kollmorgen liefert seit den Gemini-Missionen Mitte der 1960er Jahre Motoren für hochkarätige Raumfahrtanwendungen, die bis zu den Mondlandungen, dem Space Shuttle, mehreren Mars-Rovern und verschiedenen anderen Programmen reichen. Und wir können dasselbe Fachwissen auch für die Lieferung von hochvolumigen, weltraumtauglichen Motoren einsetzen, die für das exponentielle Wachstum der kommerziellen LEO-Wirtschaft benötigt werden.

Unsere Fähigkeiten, Sie bei der Entwicklung innovativer, erfolgreicher LEO-Satelliten zu unterstützen, gehen weit über das hinaus, was wir in einem Blogbeitrag beschreiben können. Nehmen Sie also jederzeit Kontakt mit uns auf. Wir sind bereit, über Ihre spezifischen Anforderungen zu sprechen, von Ingenieur zu Ingenieur, und helfen Ihnen, Ihren Satelliten auf die Startrampe zu bringen.