BionicWingSat
In der Raumfahrt werden diverse funktionale Flächen für unterschiedliche Anwendungen benötigt und bereits eingesetzt, die vor dem Start klein und im Orbit zu großen und sehr großen Flächen entfaltet werden. Wie zum Beispiel die photovoltaischen Solarmodule der ISS, Antennen an Satelliten zur Kommunikation und Erdüberwachung und zukünftig auch Bremssegel zum gezielten Abbremsen und Wiedereintritt von ausgedienten Satelliten oder Solar shades (Sonnenblenden) wie am neuen James Webb Space Telescope (JWST) zu finden. Auch Sonnensegel zum Antrieb können zukünftig solche Anwendungen darstellen. Bisherige Konstruktionen werden als diskrete strukturelle Systeme ausgeführt mit separaten Elementen z.B. ultraleichte aufrollbare Masten die durch Mechanismen eine funktionelle Membran aufspannen. In der Natur jedoch, die hocheffiziente Strukturen hervorbringt, sind oftmals integrierte Systeme zu finden, die die verschiedenen Elemente eher miteinander verschmelzen, also integrieren, als separat einsetzen.
Mit diesem bionischen Ansatz ist ein Space-Wing-Konzept, ein entfaltbarer Weltraum-Flügel, vom DLR Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik und dem NASA Langley Research Center entwickelt worden. Hierbei wurden sowohl Fertigungsprozesse solcher Strukturen, vor allem unter Nutzung moderner 3D-Druck-Fertigungsverfahren (ALM), wie auch neue Strukturmodelle entwickelt. Inspiriert haben dabei die hoch effizienten faltbaren Flügel von Ohrenkneifern wie auch die steife und robuste Flügelstruktur von Libellen. Die in diesem Experiment untersuchte bio-inspirierte Weltraum-Flügelstruktur (Space Wing) wird an einem standardisierten 2U CubeSat entfaltet und untersucht. Dabei sind das Entfaltungsverhalten sowie eine generelle Konzeptvalidierung von besonderem Interesse. Es sollen einige Fragen beantwortet werden wie: Wie gut entfalten sich die Flügel? Wie flach werden sie? Welche Kräfte und Momente üben sie auf den Satelliten aus?
In ersten Bodenversuchen wurden verschiedene Prototypen der Wings bereits in Entfaltungsversuchen getestet. Allerdings geben unter dem Einfluss der Erdanziehungskraft solche leichten Strukturen unter ihrem Eigengewicht nach, da sie für die Schwerelosigkeit konstruiert sind. Abstützungen in Bodenversuchen begrenzen zwar das Nachgeben, bringen allerdings ihrerseits weitere neue Einflüsse mit sich, sodass die Ergebnisse verfälscht werden.
Im Parabelflug kann dank der künstlichen Kurzzeitschwerelosigkeit nun die Struktur bzw. die gesamte Entfaltung des Space Wings sowie das dynamische Verhalten des ganzen Satelliten isoliert untersucht werden. Hierzu werden in einer ersten Konfiguration, in einem fest installierten Teststand, Kräfte und Beschleunigungen des fixierten Satelliten während der Wing-Entfaltung gemessen. In einer zweiten, freischwebenden Konfiguration wird der WingSat Satellit seine SpaceWings im freien Flug entfalten. Dabei werden zum Vergleich Beschleunigungen, Drehraten und Drehwinkel gemessen sowie die Entfaltungskinematik mit Kamerasystemen aufgenommen.
Als Ergebnis werden Erkenntnisse zum Entfaltungsverhalten des Wing und dessen Auswirkung auf die Lage und Orientierung des WingSats in der Schwerelosigkeit erwartet, die durch Messungen und optische Auswertungen im Anschluss analysiert werden können.