Test- und Integrationshalle - RSTEC
Die Erforschung von Technologien und Konzepten für eine resiliente Weltrauminfrastruktur und die reaktionsschnelle Bereitstellung raumgebundener Fähigkeiten erfordert eine Erforschung am Boden.
Zu diesem Zweck wurde am DLR-Standort in Trauen (Niedersachsen) eine Forschungsumgebung errichtet. Die RSTEC (Responsive Space Technology Evaluation Center) beherbergt innerhalb einer klimatisierten Schnellbauhalle Reinraum-Labore von insgesamt 4 Reinräumen je circa 40 Quadratmeter.
In der RSTEC werden mit Forschungseinrichtungen und der Industrie, experimentelle Forschungsaktivitäten an Kleinsatelliten und deren Nutzlasten durchgeführt, um künftig schneller auf anfallende Fähigkeitsbedarfe im Weltraum reagieren zu können:
- Beschleunigen von Satellitenintegrations- und Testzyklen, unter anderem durch Hardware-In-The-Loop Tests
- Standardisierte Schnittstellen, Modularität und Plug & Play Methoden zwischen Nutzlasten und Satellitenplattformen
- Lebensdauer-, Einlagerung- und - Reaktivierungstests für eine reaktionsschnelle Verbringung eines Satelliten
- Prozessoptimierung und Automatisierung in der Satellitenentwicklung
- Aufbau einer Datenbank zur Analyse und Bewertung von kommerzieller Satellitenhardware
Innerhalb der RSTEC befinden sich drei miteinander verbundene Reinraumlabore. Die direkte Verbindung zwischen den Laboren ist für einen reibungslosen Transport, sowie für laborübergreifende Testkampagnen von Vorteil. Zusätzlich verfügt die RSTEC über ein Schwingprüflabor, welches getrennt von den anderen Laboren steht, um Schwingungsauswirkung auf die Umgebung auszuschließen. Alle Labore sind mit Personalschleusen ausgestattet und können über und Belüftungssysteme eine klimatisierte ISO8 Reinraumumgebung schaffen. Bei Bedarf kann die Reinraumklasse durch Laminar Flow Boxen lokal auf ISO 5 (nach DIN ISO 14644-1) verbessert werden.
Die Labore sind mit folgenden Anlagen ausgestattet:
Lageregelungsteststand
Der Lageregelungsteststand simuliert die Lagedynamik eines Satelliten in einer repräsentativen Orbit-Umgebung. Der Teststand beinhaltet:
- Luftlagertisch, auf dem sich Satelliten(-Modelle) verschiedener Klassen nahezu reibungsfrei um drei Rotationsachsen drehen können (360 Grad um die Vertikalachse rotierbare Montageplatte, horizontal kippbar um circa 25 Grad)
- Adapter für die Aufnahme für CubeSat-Prüflinge
- Magnetfeldsimulation
- Sonnensimulation- Sternensimulation (inkl. - Simulation von Planeten, Sonne sowie von Streulicht und Protonenflüssen)
- Nutzlaststromversorgung und WLAN Schnittstelle für den Betrieb
- elektrisch steuerbare Schwerpunktskalibrierung
- Infrarot-Tracking System zur Bestimmung der Ausrichtung des Satelliten auf dem Luftlagertisch und zur Darstellung der simulierten Lage
Aktuelle Forschungsthemen am Lageregelungsteststand: - Automatisierung und- Beschleunigung der frühen Betriebsphase von Satelliten (LEOP)
- Optimierung von Lageregelungsalgorithmen- Langzeit Lageauswertung und Einflüsse von Störungen im (V)LEO
- Verifizierung von Lageregelungs-Sensoren und -Aktuatoren.
Integrationslabor
Unmittelbar mit dem Labor vom Lageregelungsteststand verbunden, ist das Integrationslabor des RSTEC. In diesem ISO8 Reinraum befinden sich Satellitenplattformen verschiedener Hersteller mit unterschiedlicher Funktion, Größe und Leistung. Diese bieten eine Hardware-in-the-Loop Testumgebung als Grundlage zur Forschung und zur Bewertung und Analyse von:
- Kompatibilität Modularität, Skalierbarkeit von Nutzlasten und Plattformen
- Rekonfigurierbarkeit von On-Board-Computern und Nutzlasten im Orbit durch Nutzung geeigneter Simulatoren
- Schnittstellen zu Nutzlasten und Bodenstationen (TM/TC Front End and PCDU Simulator)
- Plattformübergreifender Standardisierung von Hard- und Software
- Nutzlastkombinationen auf größeren Plattformen (bis zu 150 Kilogramm)
- Miniaturisierung von Komponenten
Schwingprüfanlage
Um mechanische Beanspruchungen auf Hauptstrukturen, Subsysteme und Komponenten unter diversen Belastungsszenarien testen zu können, verfügt die RSTEC über eine leistungsfähige Schwingprüfanlage (Nennleistung 35 Kilonewton).
Damit lassen sich Vibrationstests ausführen zur Simulation dynamisch mechanischer Belastungen, wie sie bei Raketenstarts auftreten. Die Schwingprüfanlage kann für Satelliten bis 500 Kilogramm die dynamischen Lasten, die während der angetriebenen Phase, Motorenzündung und -abschaltung bei gängigen Trägersystemen auftreten, abdecken. Der sog. Shaker ist entkoppelt gelagert und besitzt eine Aufspannfläche von 600 x 600 Millimeter, welche Prüfkörper von bis zu 500 Kilogramm Masse anregen kann. Die Anlage ist vor allem für folgende Anregungsarten ausgelegt:
- Sinusförmige Anregung (Sine Sweep)
- Anregung einer statistisch verteilten Vibrationslast (Random Vibration)
Transiente und stoßartige Belastungen lassen sich über Schockanregung in einem eingeschränkten Maße simulieren.
Der Schwingerreger selbst ist um 90 Grad drehbar, was das Testen axialer und longitudinaler Prüflasten ermöglicht. Aufgrund eines vom Reinraum separierten Kühlluftkreislaufs der Anlage sind Vibrationstests unter ISO 8 möglich.
Thermalvakuumkammer
Thermische Tests sind essentiell um einen Satelliten für den Einsatz im Weltraum zu qualifizieren. Satelliten sind extremen Umweltbedingungen
ausgesetzt.
In dem Erdorbit treten enorme Temperaturschwankungen bedingt durch den schnellen Wechsel von Sonneneinstrahlung und Schattenphasen auf. Im Weltraum wirken Vakuum und unterschiedliche Strahlungsquellen auf den Thermalhaushalt des Satelliten und dessen Subkomponenten ein.
Zum Zweck der Simulation dieser Weltraumumgebung ergänzt eine Thermalvakuumkammer unser Testanlagen-Portfolio. Der individuell abgestimmte Aufbau entspricht unseren zukünftigen Missions- und Forschungsanforderungen und beinhaltet folgende Kernkomponenten:
- Thermalvakuumkammer mit ca. 250 Liter Fassungsvermögen inklusive einer ausfahrbaren Thermalplatte für ein Prüflingsvolumen von etwa 700 x 300 x 300 Kubikmillimeter
- Hochleistungs-Pumpen mit einer Vakuumqualität von < 10-7 millibar
- Prozessthermostat, der Temperaturbereiche von -60 Grad Celisius bis +120 Grad Celsius abdecken kann
- Internes und externes Sensor-Equipment (Temperaturfühler, Drucksensoren) zur Prüfstandüberwachung und zur Messdurchführung
Mit der Thermalvakuumkammer können folgende Tests umgesetzt werden:
- Thermal Balance Tests (mithilfe beheizter Thermalplatten)
- Bakeout-Tests
- Thermal-Vakuum-Zyklentests
Die Anlage erlaubt je nach Bedarf die Einbringung zusätzlicher Sensorik.
Klimaschrank
Flughardware in der Raumfahrttechnik unterliegt aufgrund der wiederkehrenden, thermischen Belastungszyklen einem hohen Qualitätsanspruch an Material und dessen Beständigkeit.
Ergänzend zur Thermalvakuumkammer verfügt das RSTEC über eine Klimakammer. Die Anlage ist für thermales zyklisches Testen geeignet, um Rückschlüsse auf die Lebensdauer von Flugmodellen und deren Subkomponenten ziehen zu können, insbesondere im Einsatz in erdnahen Umlaufbahnen mit kurzen Temperaturzyklen.
Der Klimaschrank zeichnet sich aus durch:
- Ein Prüfraumvolumen von mehr als 300 Liter zum Testen von Kleinsatelliten in Temperaturbereichen von -40 Grad Celsius bis +130 Grad Celsius
- Temperaturmessung mit Pt 100 Temperatursensor Klasse A
Der Klimaschrank ist durch seine Ausstattung für Qualifikations- und Abnahmetests von Satelliten geeignet, ferner besonders für folgende Testarten:
- Thermal-Zyklentests
- Intensive Bakeout-Tests für Komponenten höheren Ausgasungspotentials
TULBE (Transport- und Lagerbehälter)
Der Transport- und Lagerungsbehälter (TULBE) dient der Erforschung von Alterung und Langzeitlagerungen von (Klein-) Satellitenkomponenten unter kontrollierter Umgebung.
Mit Hilfe des TULBE wird die Einlagerung und schnelle Reaktivierung funktionsfähiger Systeme erprobt.
Der Druckbehälter kann mit Stickstoff gespült werden, um eine kontrollierte der Reinheitsklasse bis zu ISO 5 zu gewährleisten. Der Behälter ist auf Schwingungs- und Stoßdämpfern gelagert und mittels rollbarem Stapelsystem in kürze für den sicheren Transport einsetzbar.