Entwicklung einer integrativen Satellitenstruktur durch Einsatz additiver Fertigungsverfahren

Abstract

Im Rahmen des Projektes Integrated Research Platform for Affordable Satellites (IRAS) entwickelt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) neue Bauweisen und Entwicklungsmethoden für Satellitenkonstellationen. Dabei werden verschiedene Ansätze zur kostengünstigen und automatisierbaren Produktion dieser Satelliten verfolgt. Die vorliegende Arbeit untersucht die Herstellung funktionsintegrierter Strukturbauteile für Satelliten mit Hilfe additiver Fertigungsverfahren. Im ersten Teil wird dafür eine Literaturrecherche zu dem aktuellen Stand der Forschung in diesem Bereich durchgeführt und die Ergebnisse präsentiert. Daraus wird im zweiten Teil ein Konzept für die Struktur der Satelliten zukünftiger Konstellationen erarbeitet und die dafür nötige Entwicklungsarbeit aufgezeigt. Im dritten Teil der Arbeit wird schließlich aus dem entwickelten Konzept ein erster Technologiedemonstrator abgeleitet, der mit der aktuell verfügbaren Infrastruktur der Projektpartner gefertigt werden kann. Dafür werden im ersten Schritt Machbarkeitsversuche für die additive Fertigung von Struktur- und Funktionsteilen durchgeführt. Aus diesen Erkenntnissen wird im zweiten Schritt eine Vorauslegung des Technologiedemonstrators mit der Finite Elemente Methode (FEM) erarbeitet. Um die Funktionalität der entwickelten integrierten Elektronik zu testen, wird im dritten Schritt ein erstes Versuchsbauteil gefertigt und erfolgreich einem Vibrationstest für die Weltraumqualifikation unterzogen. Die gewonnen Erkenntnisse aller Schritte werden in der Konstruktion des Technologiedemonstrators umgesetzt. Dieser besteht aus einem Sandwich mit Deckschichten aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) und einem additiv gefertigten Honigwabenkern. In den Wabenkern werden ein Kabelbaum mit Steckverbindern sowie Sensoren und Verbindungselemente integriert. In der vorgelegten Arbeit werden die hervorragenden Potenziale und noch bestehenden Herausforderungen von additiv gefertigten Satellitenstrukturen mit Funktionsintegration aufgezeigt