Quelle: ZARM.

Am 3. Juli 2019 wurden in Berlin die Gewinner des INNOspace-Masters-Wettbewerbs ausgezeichnet. Mehr als 250 Unternehmen, Start-ups, Universitäten und Forschungseinrichtungen aus 17 europäischen Ländern sind dem Aufruf gefolgt, zwölf wurden in die Endrunde des Innovationswettbewerbs gewählt. Darunter auch ein Team aus Wissenschaftlern des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen und Ingenieuren der ZARM Technik AG. Gemeinsam haben sie ein Konzept zur Entwicklung und Produktion eines Systems vorgelegt, das über einen magnetisch induzierten Flüssigkeitstransport die Wärmeregulierung auf Satelliten ermöglicht. Damit können in Zukunft die durch konventionelle Wärmeaustauschpumpen erzeugten Vibrationen vermieden werden, was z.B. für Kameras auf Erdbeobachtungssatelliten relevant ist und auch für Forschungssatelliten mit sensitiven Versuchsaufbauten einen großen Fortschritt bedeutet.

Wofür ist die Neuentwicklung relevant?
Alle Satelliten sind während ihres Einsatzes im Weltraum extremen Temperaturen zwischen – 40 und + 70 Grad Celsius ausgesetzt. Diese Temperaturextreme machen ein Thermalkontrollsystem im Satelliten erforderlich, um Schäden an der Elektronik zu vermeiden. In dem vom ZARM vorgelegten innovativen Konzept kommen Ferrofluide zum Einsatz, die mit Hilfe von modulierten Magnetfeldern dazu angeregt werden, durch einen Kühlkreislauf zu strömen und damit eine vibrationsfreie Wärmeregulierung gewährleisten. Das System ist außerdem mit einer Magnetfeldabschirmung versehen, um andere Teile des Satelliten nicht zu stören.

Benny Rievers vom ZARM und Holger Oelze von der ZARM Technik AG sind hochmotiviert, ihr innovatives Thermalkontrollsystem so bald wie möglich im Einsatz sehen: „Für die nächsten zwei Jahre erhalten wir ein Förderung von insgesamt 400.000 Euro. In diesem Zeitraum wollen wir unsere Entwicklung mindestens bis zur Produktionsreife bringen.“ sagte Oelze.

Die Preisverleihung
Überreicht wurden die Preise am 3. Juli 2019 im Humboldt-Carré in Berlin durch Dr. Walther Pelzer, Vorstand des DLR Raumfahrtmanagements, sowie durch Partner des Wettbewerbs. „Die große Anzahl und hohe Qualität der eingereichten Ideen verdeutlichen die Innovationskraft und Relevanz dieses Wettbewerbs“, erläuterte Dr. Pelzer. „Zukunftsweisende Entwicklungs- und Forschungsansätze wurden in diesem Jahr insbesondere in den Bereichen Softwaretechnologie und intelligente Werkstoffe erarbeitet. Insgesamt unterstreicht die große Bandbreite der adressierten Themen das enorme Potenzial branchenübergreifender Transferprojekte“, so Pelzer weiter. Neben den Ideen-Präsentationen der Finalisten diskutierten in zwei Podiumsdiskussionen hochrangige Experten künftige Herausforderungen und Chancen der Raumfahrt, insbesondere mit Blick auf Künstliche Intelligenz. Der deutsche Astronaut und zeitweise ISS-Kommandant Dr. Alexander Gerst sowie Matthias Hartmann, Vorsitzender der Geschäftsführung IBM Deutschland, ergänzten die Konferenz mit Redebeiträgen. „Gemeinsame Forschung, Innovation und stetige technologische Weiterentwicklung sind in einer globalen Welt wichtiger denn je. Nur so können Gesellschaften den Lebensraum nachhaltig Schritt für Schritt weiter verbessern. Der Erfindergeist, der auf dem INNOspace Masters herrscht, begeistert mich. Ich bin stolz, dass wir mit dem Projekt CIMON ein Teil davon sind und im gemeinsamen Unterfangen die erste autonome Künstliche Intelligenz in den Weltraum gebracht haben!“, sagte Hartmann.

An wen richtet sich der Wettbewerb?
Unter dem Motto „Space Moves!“ suchte das Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) beim vierten INNOspace-Masters-Wettbewerb wieder nach neuen Ideen und Konzepten, die aktuelle Problemstellungen der Raumfahrtbranche aufgreifen und innovative Lösungsvorschläge bieten. Vier Wettbewerbskategorien – „Challenges“ genannt – aus verschiedenen Entwicklungs- und Innovationsphasen der Wertschöpfungskette standen für die Teilnehmenden zur Auswahl. Die „DLR Raumfahrtmanagement Challenge“ stellte dabei die Forschungs- und Entwicklungsphase in den Mittelpunkt, während die „Airbus Challenge“ und die „OHB Challenge“ zu Vorschlägen für bereits einsatzfähige Lösungen aufrief. Die „ESA BIC Start-up Challenge“, die der Anlaufphase galt, konzentrierte sich auf Geschäftsmodelle und Unternehmensneugründungen.

Veranstalter des INNOspace Masters ist das DLR Raumfahrtmanagement im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi). Der Wettbewerb ist Teil der Initiative INNOspace, die seit 2013 Innovationen und Technologietransfers zwischen Raumfahrt und raumfahrtfremden Industriezweigen fördert. Partner des Wettbewerbs sind die ESA Business Incubation Centres (BIC) Bavaria & Northern Germany und ESA BIC Hessen & Baden-Württemberg sowie die Raumfahrtkonzerne Airbus und OHB. Organisiert wird der INNOspace Masters durch die AZO Anwendungszentrum GmbH Oberpfaffenhofen, die auch den Copernicus Masters und den Galileo Masters ausrichtet.

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Quelle: EE Times, NASA. Vertont von Peter Rittinger.

Das nächste zyklische Maximum an Sonnenaktivität erwarten Wissenschaftler für die Jahre 2013 und 2014. Der 2012 bisher stärkste Sonnensturm traf die Erde im Monat März. Sein Einfluss auf die Betriebsfähigkeit von Kommunikationsnetzen und Infrastruktur zur Stromversorgung war nach Angaben der US-amerikanischen Raumfahrtagentur NASA wegen des Winkels, in dem er die Erde erreichte, jedoch begrenzt.

Wenn die Sonne bald beginnt, wieder große Mengen energiereicher Protonen, Ionen, ultravioletter Strahlung und anderer energiereicher Partikel Richtung Erde zu schicken, könnten diese für eine Reihe von Satelliten neuerer Bauart zu einer Art Feuerprobe werden. Als besonders anfällig erweisen sich möglicherweise besonders kompakte elektronische Baugruppen, die für energiesparenden Betrieb mit geringen Versorgungsspannungen ausgelegt wurden. Für die in einer Reihe von Bauteilen verwendeten dielektrischen Materialien besteht die Gefahr von Beschädigungen, wenn sie von energiereichen Partikel von der Sonne getroffen wurden.

Im Ergebnis führen Fehler in nicht ausreichend abgeschirmten elektronischen Gerätschaften an Bord von Satelliten beispielsweise zum Ausfall von Teilen des Weltraumsegments des US-amerikanischen Satelllitennavigationssystems GPS und sorgen für eine deutlich geringere Genauigkeit bei der Positionsbestimmung oder das vollständige Ausbleiben von Navigationssignalen.

Neben der unmittelbaren Beschädigung von elektronischen Baugruppen von Satelliten beeinträchtigen Sonnenstürme aktive, um die Erde kreisende Satelliten auf eine weitere Art und Weise: Sonnenstürme erhöhen den Widerstand der Restatmosphäre, dem Satelliten beim Flug um die Erde ausgesetzt sind. Aktive Satelliten müssen in entsprechenden Zeiträumen mehr Betriebsmittel aus bordeigenen Tanks zum Bahnerhalt einsetzen. Für die Reduzierung von Weltraumschrott ist ein erhöhter Restwiderstand allerdings etwas Positives: Der Schrott wird rascher abgebremst, seine Flughöhe reduziert sich schneller und ein zerstörerischer Wiedereintritt in dichtere Schichten der Erdatmosphäre kommt früher zustande.

Experten, die sich intensiv mit dem sogenannten Weltraumwetter, den Veränderungen des interplanetaren Mediums im erdnahen Bereich der Magnetosphäre beschäftigen, bereiten Messungen im All in Zonen mit energiereichen Partikeln vor und stellen sich auf die kommende Welle von Weltraumwetterphänomen, denen auch die Satelliten der neuesten Generation ausgesetzt sein werden, ein.

In einem Interview gab der Direktor des Weltraumwetterlabors der Universität Boulder im US-amerikanischen Bundesstaat Colorado, Daniel Baker, zu bedenken, dass immer mehr Raumfahrzeuge statt spezieller strahlungsgehärteter, für die Anwendung im All angepasster Bauelemente solche für den allgemeinen Massenmarkt produzierte enthalten werden. Die veränderten Produktionsergebnisse der Elektronikindustrie führen laut Baker zu einer erhöhten Verwundbarkeit unserer Weltraumsysteme.

Eine besondere Herausforderung ist es, das Innere von Bauteilen elektronischer Baugruppen, Koaxialkabeln und Abschirmungen an Bord von Satelliten, die mit dielektrischem, also schwach- oder nichtleitendem Material gefertigt wurden, gegen das sogenannte Deep Dielectric Charging (DDC), bei dem ein Elektronenfluss mit Elektronen hoher Energie für die Bildung gefährlicher Potentiale sorgt, zu schützen. Ist eine bestimmte Spannung erreicht, sind abrupte, Beschädigungen verursachende Entladungsvorgänge möglich. Von DDC bedroht sind insbesondere Satelliten in großen Flughöhen. Verschiedentlich wird vermutet, dass DDC für empfindliche Elektronik an Bord neuerer Satelliten zu einem schwerwiegenden Problem werden könnte.

In einem Satelliten einfach wesentlich mehr Material für Abschirmungen zu verwenden, mag auf den ersten Blick auf der Hand liegen, ist aber meistens nicht praktikabel, oft aus Gründen einer gewissen einzuhaltenden Obergrenze der Startmasse eines Raumfahrzeugs. Den Konstrukteuren von Satelliten rät Daniel Baker, sich beim Entwurf eines Raumfahrzeugs sehr früh mit Eigenschaften und Verhalten dielektrischer Materialien, deren Einsatz geplant ist, auseinanderzusetzen. Unbedingt erforderlich ist es außerdem, bei der Konstruktion zu berücksichtigen, wie sich dielektrisches Material in elektronischen Baugruppen im Laufe der Zeit beim Betrieb im Weltraum auflädt.

Intelligente Stromversorgungsnetze am Boden, bei dem die Erzeuger, Verteiler, Transporteure und Verbraucher elektrischer Energie sehr eng und abhängig miteinander vernetzt sind, hält Baker ebenfalls für besonders verwundbar durch Sonnenstürme. Netzausfälle im mittleren Westen und an der Ostküste der Vereinigten Staaten von Amerika zeigten erst jüngst wieder, dass das Ausbleiben der Versorgung mit elektrischer Energie schnell chaotische Zustände nach sich ziehen kann. Intelligente Stromversorgungsnetze vor Auswirkungen des Weltraumwetters zu schützen, betrachtet Baker als vorrangige Aufgabe.

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