Einsatznaher Belastungstest eine aufrollbaren Kohlfasermasten für Weltraum-Sonnensegel
Sonnensegel nutzen eine Impulsübertragung von Photonen auf eine spiegelnde Membran zur Beschleunigung eines Raumfahrzeuges. Diese Beschleunigung ist zwar sehr klein, geht aber konstant von der Sonne aus, sodass sich über die Zeit hohe Geschwindigkeiten erreichen lassen. Auch unkonventionelle Orbits, oder solche, die enorme Ressourcen an chemischen Treibstoffen verbrauch würden, sind mit dieser Antriebstechnologie möglich.
Für das Sonnensegeln ist es unabdingbar, eine möglichst große Membran aufzuspannen bei gleichzeitig so wenig Masse wie möglich. Während die Membran meist eine spiegelnd beschichtete Folie ist (beispielsweise Aluminium auf PEI, ähnlich der Rettungsdecke aus dem Verbandskasten) gibt es zum Aufspannen diverse Ansätze. In den vergangenen Jahrzehnten wurden verschiede Ideen beschreiben und teils demonstriert. In dem hier zugrunde liegenden Projekt untersuchen DLR und NASA zusammen ein Konzept, bei dem eine X-förmige Rückenstruktur aus hohlen, rollbaren Kohlefasermasten entfaltet wird, welche die Membran parallel entfalten und am Ende durchspannen. Im Kooperationsprojekt hat die NASA dabei die bis zu 16m langen, aufrollbaren Masten entworfen und gefertigt. Da das DLR bereits jahrelange Erfahrungen mit solchen Masten aus eigener Produktion hat, haben wir bei der Fertigung der NASA beratend unterstützt und darüber hinaus den Aufspul- und Entfaltungsmechanismus entwickelt.
Durch die sehr effiziente Zusammenarbeit von Masten und Mechanismus ist es somit möglich, ein Segel von der Größe eines Basketballfelds aus einer Box mit der Größe eine Mikrowelle zu entfalten.
Sowohl während der Entfaltung, als auch beim Durchspannen wirken Kräfte auf die Masten. Die Masten werden so designt, dass sie die im All auftretenden Kräfte tragen können. Unter Schwerkraft würden jedoch schon das Eigengewicht reichen, um die Masten brechen zu lassen. Diese Eigenschaft erschwert das Testen am Boden ungemein.
Der Parabelflug bietet hingegen eine hervorragende Möglichkeit, die Masten und die dazugehörigen Mechanismen in der Schwerelosigkeit, aber unter axialer Last zu testen. Für das Experiment wird ein einzelner 13 m langer Mast in Flugrichtung entfaltet und an spezifischen Stellen belastet, während er über seine Gesamtlänge gefilmt und an der Spitze vermessen wird um somit auch Daten eines vertikal eingerichteten Prüfstands im Labor zu verifizieren.