Entfaltungstest eines Ab- und Wiederaufrollbaren Photovoltaikmoduls für zukünftige Raumfahrtzeuge
Der bei weitem größte Teil heutiger Raumfahrzeuge nutzt als primäre Energiequelle Photovoltaik. Außerhalb der Erdatmosphäre trifft die ungestörte solare Strahlung auf die Photovoltaikflächen wodurch die Energieausbeute deutlich über der auf dem Erdboden liegt und diese Art der Energieversorgung besonders effektiv macht.
Ein Trend, der sich auch aus der vermehrten Nutzung von elektrischen Triebwerken ergibt, ist der stetig steigende Energiebedarf heutiger und zukünftiger Satelliten. Damit werden auch immer größere Photovoltaikflächen benötigt, die damit auch immer mehr Platz für den Raumtransport durch Trägerraketen beanspruchen und immer komplexere Faltungsmethoden erfordern. Herkömmliche Photovoltaikmodule bestehen zumeist aus vielen, mit Photovoltaikzellen belegten Platten. Diese sind untereinander mit Gelenken verbunden und lassen sich für den Raumtransport aufeinander falten. Für wirklich große Photovoltaikmodule mit elektrischen Leistungen > 30 kW kommt diese Bauweise jedoch schnell an ihre natürlichen Grenzen bzgl. Stauvolumen und auch Masse.
Im Experiment ReSA (Retractable Solar Array) wird anstatt dicker Platten eine dünne Folie als Trägermaterial für die Photovoltaikzellen genutzt. Diese Folie wird für den Raumtransport auf einen zylindrischen Kern aufgerollt und ermöglicht so die platzsparende Unterbringung auch von sehr großen Flächen. Um die Folie im Orbit entfalten zu können, wird ein ebenfalls aufrollbarer Mast aus dünnem und flexiblem Kohlefaserverbundmaterial mit der Folie aufgewickelt. Dieser Mast verfügt über einen Entfaltungsmechanismus, der über einen Elektromotor und eine entsprechende Mechanik nicht nur die Entfaltung des Photovoltaikmoduls ermöglicht, sondern dieses auch wiedereinfahren kann. Die Wiedereinfahrbarkeit ist eine Neuerung gegenüber klassischen Konstruktionen und bringt vor allem für sehr große Photovoltaikmodule Vorteile. Somit können diese für das Servicing, den Austausch des Moduls oder für Manöver mit hohen Beschleunigungsbelastungen teilweise oder ganz eingeholt werden.
Das Experiment ReSA wird im Parabelflug das automatische Ab- und Wiederaufrollen des eines 4 m x 1.5 m großen Photovoltaikmoduls mehrfach demonstrieren. Beobachtet wird dabei das Entfaltungsverhalten von Mast und Photovoltaikfolie und dessen dynamische Interaktion. Beides ist am Boden unter Schwerkrafteinfluss nicht möglich. Zwar lässt sich mittels aufwendiger Hilfskonstruktionen der Einfluss der Schwerkraft stellenweise aufheben, jedoch funktioniert dies insbesondere für sehr große und schwere Photovoltaikfolien nicht zufriedenstellend. Der Parabelflug ist daher die einzige Möglichkeit vor einem tatsächlichen Raumflug die Funktionsweise und das Eigenverhalten solch großer entfaltbarer Photovoltaikmodule zu demonstrieren und zuvor gemachte Annahmen, Berechnungen und computergestützte Simulationen zu validieren.