Independent Promotion of Young Talents in Satellite Development on the Full-Scale Satellite Mission SOURCE

The SOURCE mission is the first student satellite developed at the University of Stuttgart. This unique opportunity for undergraduate and graduate students is made possible by the cooperation between the Institute of Space Systems (IRS) and the Small Satellite Student Society (KSat e.V.

Entwicklung eines additiv gefertigten Schutzes gegen hochenergetische Strahlung für Satellitenelektroniken (Bachelorarbeit)

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) forscht im Rahmen des Projekts „Integrated Research Platform for Affordable Satellites“ (IRAS) an neuen Bauweisen und Prozessen zur Beschleunigung und Kostenminderung im Bereich des Satellitenbaus. Zwei ausschlaggebende Sektoren zur Kostenreduktion sind die Gewichtsreduktion und die Optimierung des Fertigungsablaufs. Unter dieser Zielsetzung wird in der vorliegenden Arbeit ein additiv gefertigter Strahlungsschutz gegen Weltraumstrahlung entwickelt. Der Strahlungsschutz ist als Teil einer Technologiedemonstration als Nutzlast bei einer LEO-Mission vorgesehen. Vor der Auslegung des Strahlungsschutzes wird dafür eine Literaturrecherche durchgeführt, um ein ideales Konzept zu entwickeln. Unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen von Trägersatellit und seitens des Projekts selbst, wird als erster Schritt der Auslegung die Strahlungsbelastung während der gesamten Missionsdauer auf den Strahlenschutz bestimmt. Nach der Bestimmung dieser Werte wird im Anschluss die benötigte Aluminiumdicke errechnet, die den kommerziellen Sensor im Technologiedemonstrator schützen soll. Es folgt eine Umrechnung der Aluminiumdicke in die Dicke für eine Schirmung aus den additiv fertigbaren Materialien. Nach der Bestimmung der endgültigen Schirmungsdicke folgt eine Geometrieauswahl. Durch dieses Vorgehen wird die benötigte Dicke auf die bestmögliche Geometrie angewendet. Da der Strahlungsschutz in den Wabenkern des Technologiedemonstrators integriert werden soll, werden im Anschluss kleinere Anpassungen an der Schirmungsgeometrie vorgenommen. Der finale Strahlungsschutz besteht aus drei Schichten. Zwei Low-Z-Schichten aus PEEK mit Kohlenstoffkurzfasern werden von einer High-Z-Schicht aus PEEK mit Wolframpartikeln getrennt. Der Strahlungsschutz ist aufgrund der Materialwahl und des identischen Fertigungsverfahrens in die Wabenkernfertigung integrierbar. Im Rahmen dieser Arbeit kann ist die Konzeptionierung und Auslegung des additiv gefertigten Strahlungsschutz ganzheitlich vollzogen werden. Die theoretische Umsetzung des Konzepts zeigt das Potential eines additiv gefertigten Strahlungsschutzes nicht nur in der Funktionsintegration, sondern auch beim konventionellen Satellitenbau auf

Additive manufacturing of radiation shielding for small satellites

An increasing demand on reliability in the automotive industry, driven by the development of autonomous driving, has led to a high availability of inexpensive electronics with high potential for space applications. Several of these applications have already been proposed within the NewSpace trend. However, the high-radiation environment inherent to space operations lies outside the automotive hardware development scope and is therefore often the show-stopper for using such electronics for space applications. This work examines the possibility of designing and manufacturing weight- and cost-efficient radiation shielding using additive manufacturing. A printable shielding material, composed of tungsten powder embedded in the high-performance thermoplastic polyether-ether-ketone (PEEK), was developed and used to design a multi-material, multifunctional sandwich structure for local shielding of a representative automotive MEMS sensor. Radiation simulation was used to find the most efficient geometry and distribution of the shielding material. Additionally, the simulation has shown the required amount of shielding material to keep the total ionising dose below the previously tested limits of the sensor. The local shielding realised by additive manufacturing allows a minimal use of tungsten and thereby weight benefits compared to traditional shielding in aluminium boxes. The design will be demonstrated on the University of Stuttgart CubeSat mission, SOURCE, by comparing a shielded and unshielded area of the sandwich. The demonstrated shielding concept can easily be transferred to other hardware and missions and can thereby reduce both weight and cost of future spacecrafts