Quelle: DLR 13. Juli 2023.

13. Juli 2023 – Seit 2015 wurde der INNOspace-Masters-Wettbewerb der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR in bislang sieben Runden erfolgreich durchgeführt. Die besten Entwicklungen wurden nun am 12. Juli 2023 im Rahmen einer Highlightskonferenz in Berlin ausgezeichnet. Gewürdigt wurden dabei Teilnehmende aus den Kategorien „Start-ups“, „KMUs und ScaleUps“ sowie „Forschungsinstitute & Universitäten“. Außerdem vergaben die beteiligten Partner eine Ehrung für die besten Einreichungen in ihren jeweiligen Wettbewerbskategorien.

Insgesamt 1.554 Unternehmen aus 40 Ländern haben sich seit Beginn mit rund 700 zukunftsgerichteten Ideen an dem Innovationswettbewerb beteiligt. Prämiert wurden dabei 86 Finalisten mit Preis- und Fördergeldern in Höhe von mehr als 9,4 Millionen Euro. In diesem Jahr waren die ehemaligen Wettbewerbsteilnehmer aufgefordert, Ergebnisse zu ihrer Entwicklung seit der Teilnahme am Wettbewerb einzureichen. Prämiert wurden die Teilnehmer von Dr. Anna Christmann, Koordinatorin der Bundesregierung für Luft- und Raumfahrt und Dr. Walther Pelzer, Mitglied des Vorstandes im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. Auch Vertreter der langjährigen Wettbewerbspartner Airbus, OHB und der deutschen ESA Business Incubation Centres waren vor Ort.

„Die Entwicklung der ehemaligen INNOspace Masters Finalisten ist beeindruckend“, erklärt Dr. Anna Christmann. „Seit ihrer Teilnahme haben diese Unternehmen, Start-ups sowie Forschungs- und Hochschulteams nicht nur bedeutende technische Herausforderungen gemeistert, sondern auch einen bemerkenswerten ökonomischen Fortschritt durchlaufen.“ Insbesondere junge Unternehmen, die bereits in der Frühphase am Wettbewerb teilgenommen haben, konnten seither ein deutliches Wachstum in Bezug auf Personal, Umsatz und die Akquise privaten Risikokapitals verzeichnen.

Sieben Jahre Innovationen für und aus der Raumfahrt
Im Jahr 2015 hatte der Wettbewerb mit 50 Teilnehmern angefangen – bei der letzten Runde in den Jahren 2021/22 waren es bereits 337 Bewerber. Insgesamt kamen rund 70 Prozent der knapp 700 Einreichungen aus raumfahrtfremden Branchen. „Die stetig wachsende Zahl von Einreichungen verdeutlicht, dass sich der Wettbewerb seit der ersten Wettbewerbsrunde mit ambitionierten und zukunftsweisenden Themen befasst“, betont Dr. Walther Pelzer. „Die große Vielfalt der Bereiche, aus denen die Projektvorschläge stammen, zeigt dabei das hohe Potenzial für den branchenübergreifenden Wissens- und Technologietransfer sowie die wechselseitigen Synergien beim INNOspace Masters als Innovationswettbewerb“.

Die ausgezeichneten Entwicklungen der INNOspace-Masters-Highlightskonferenz

Beste Startup-Entwicklung: OKAPI:Orbits GmbH
OKAPI:Orbits hat eine erfolgreiche Software-Lösung entwickelt, die einen wichtigen Beitrag zur Bewältigung der wachsenden Bedrohung durch Weltraummüll und Kollisionen im Orbit leistet. Durch präzise Risikovorhersagen und intelligente Manövervorschläge werden Kollisionen zwischen Satelliten und Trümmerteile verhindert, wodurch die Ausbreitung von Weltraumschrott eingedämmt wird. Mit Risikokapital-Investitionen von 6,5 Millionen Euro und einem Team von 35 Vollzeitkräften wird die Lösung von OKAPI heute bereits für über 150 Satelliten in den Erdumlaufbahnen verwendet.

Beste KMU/ScaleUp-Entwicklung: Mynaric AG
Als ehemaliger Teilnehmer des Inkubationsprogramms ESA BIC Bavaria hat sich die Mynaric AG zu einem führenden Anbieter von Laserkommunikationsterminals entwickelt und ermöglicht so schnelle, satellitengestützte Datenübertragung über tausende Kilometer. Ihre Produkte finden Anwendung in Konstellationen und Erdbeobachtungsmissionen im niedrigen Erdorbit. Von 20 Vollzeitkräften im Jahr 2016 ist das Team auf 294 Mitarbeiter im Jahr 2023 gewachsen. In 2017 erfolgte zudem der Gang an die deutschen Börse, seit 2021 ist die Mynaric-Aktie zudem an der NASDAQ gelistet.

Beste Forschungseinrichtungs-/Universitätsprojekt-Entwicklung: Fraunhofer LBF
Für das Forschungsprojekt „Silent Running“ hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) in Zusammenarbeit mit den Firmen MT Aerospace und OHB-System AG drei Weltraumdemonstratoren entwickelt. Das Projekt hat gezeigt, dass der Einsatz von vibroakustischen Materialien – also Materialien, die Körperschall absorbieren können – im Weltraum realisierbar ist. Es bietet so eine Lösung für den Konflikt zwischen Leichtbau und schwingungstechnischem Verhalten. Die Materialien sind zudem nachhaltig herstellbar. Das Forschungsteam ist seit der Teilnahme am INNOspace Masters von zwei Teilzeitstellen auf sechs Vollzeitkräfte sowie zehn studentische Hilfskräfte angewachsen, um die Technologie auch für andere Anwendungsbereiche nutzbar zu machen.

Ehrung DLR Challenge: TU Berlin und Universität Würzburg (Spin-In-Transfer) sowie DSI Aeropsace Technologie GmbH (Spin-Off-Transfer)
Als beste Spin-In-Idee wurde das Verbundprojekt InnoCube der TU Berlin und der Universität Würzburg geehrt. Die Vorhaben „Skip the Harness – SKITH“ und Fibre-Reinforced Spacecraft Wall for Storing Energy – Wall#E” fügen sich für die Entwicklung eines neuartigen Satellitenkonzepts zusammen. Die beste Idee für einen Spin-Off-Transfer kam von der DSI Aeropsace Technologie GmbH. Um die Diagnostik von Herzerkrankungen signifikant zu verbessern, entwickelte das Unternehmen ein tragbares Gerät zur kontinuierlichen Überwachung der Herzfunktion. Die Technologie dafür basiert auf einer speziellen Kardiographie, welche ursprünglich für die Überwachung von Messwerten wichtiger Körperfunktionen in der astronautischen Raumfahrt entwickelt wurde.

Ehrung ESA BIC Challenge: Deployables Cubed GmbH
In der Raumfahrt werden zunehmend kostengünstige Kleinsatelliten – so genannte CubeSats – eingesetzt, die jedoch aufgrund ihrer Standardgröße von zehn Zentimetern Kantenlänge Einschränkungen in der Missionsvielfalt unterliegen. Während der Inkubation im ESA BIC Bavaria entwickelte die Deployables Cubed GmbH spezielle Auslösemechanismen, um ausfaltbare Strukturen im Weltall zu ermöglichen. Die Firma konnte bereits signifikante Marktanteile erobern: 14 Auslösemechanismen werden heute schon erfolgreich im Weltraum eingesetzt, insgesamt wurden über 100 Produkte verkauft.

Ehrung Airbus Challenge: DigiFarm AS
Das norwegische Unternehmen DigiFarm AS schafft es mit einem eigens entwickelten Algorithmus, die Auflösung von Daten des europäischen Erdbeobachtungssatelliten Sentinel-2 von zehn auf einen Meter zu verbessern. Damit können Feldgrenzen und Abgrenzungen von Bewirtschaftungszonen in der Landwirtschaft genau bestimmt werden. Diese werden für die Präzisionslandwirtschaft als Grundlage für wichtige Entscheidungen benötigt. Der neuartige Algorithmus basiert dabei auf neuronalen Netzen.

Ehrung OHB Challenge: AVES Reality GmbH
Unter der Verwendung von Satellitenbildern aus der Erdbeobachtung erstellt das Start-up AVES Reality GmbH mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz eine präzise und physikalisch korrekte virtuelle Kopie der realen Welt. Die so erzeugten Simulationsumgebungen können dabei hohen Anforderungen an Qualität, Skalierbarkeit, Preis und Flexibilität gerecht werden. Das Unternehmen ermöglicht damit hochwertige Simulationen, insbesondere für die Entwicklung von autonomen Fahrzeugen.

Der Innovationswettbewerb INNOspace Masters
Der INNOspace Masters Wettbewerb wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) veranstaltet. Der Wettbewerb ist Teil der Initiative INNOspace, die seit 2013 den Innovations- und Technologietransfer zwischen der Raumfahrt- und Nicht-Raumfahrtindustrie fördert. Partner des Wettbewerbs sind die ESA Business Incubation Centres (BIC) in Deutischland sowie die Industriepartner Airbus, OHB, Mercedes-Benz AG (Wettbewerbsrunde 2021/2022) sowie die DB Netz AG (Wettbewerbsrunden 2018/19 bis 2020/21).
Der INNOspace Masters Wettbewerb wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) veranstaltet. Der Wettbewerb ist Teil der Initiative INNOspace, die seit 2013 den Innovations- und Technologietransfer zwischen der Raumfahrt- und Nicht-Raumfahrtindustrie fördert. Partner des Wettbewerbs sind die ESA Business Incubation Centres (BIC) in Deutschland sowie die Industriepartner Airbus, OHB, Mercedes-Benz AG (Wettbewerbsrunde 2021/2022) sowie die DB Netz AG (Wettbewerbsrunden 2018/19 bis 2020/21).

Eine ausführliche Übersicht über alle prämierten Teilnehmer, einschließlich aller nominierten Ideen der Kategorien und Challenges, ist auf der INNOspace Masters-Website zu finden. Der nächste INNOspace-Masters-Wettbewerb startet Anfang des Jahres 2024.

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• DLR

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Quelle: Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF.

12. November 2021 – Im Fraunhofer LBF wurde die Umsetzung der vibroakustischen Metamaterialien-Technologie für eine zylindrische Leichtbaustruktur aus Verbundwerkstoff untersucht sowie ein Konzept für multifunktionale, tragende Leichtbaustrukturen für Satelliten entwickelt. Dabei haben die Forschenden mehrere Funktionen in zwei typische Strukturelemente eines herkömmlichen Satelliten integriert.

Trägerraketen mit optimiertem Schwingungsverhalten
Verbundwerkstoffe (beispielsweise Kohlefaserverbundwerkstoff, kurz CFK) ermöglichen große Masseneinsparungen bei Trägerraketen und werden für die Anwendung in verschiedenen Systemen und Komponenten in Betracht gezogen. So will die Europäische Weltraumorganisation (ESA) bis 2025 eine Oberstufe komplett aus Kohlefaserverbundwerkstoff für die neue Generation der Ariane 6 entwickeln, mit dem Ziel, die Nutzlastkapazität um zwei Tonnen zu erhöhen. Obwohl Oberstufen aus Verbundwerkstoffen im Vergleich zu metallischen Materialien ein höheres Steifigkeits-Masse-Verhältnis aufweisen, können sie bei bestimmten Frequenzen zu höheren Schwingungsamplituden führen, die insbesondere in der Startphase kritisch sind. Ein innovativer Ansatz zur Reduzierung von Schwingungen sind vibroakustische Metamaterialien.

Mit Metamaterialien wird ein in der Natur nicht vorkommendes Verhalten erzeugt. Neben optischen und elektromagnetischen Metamaterialien werden spezielle Formen von Metamaterialien auch zur Lärm- und Schwingungsminderung eingesetzt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF haben konzeptionelle und numerische Entwurfsstrategien entwickelt und experimentell validiert. Es traten Schwingungsreduktionen von bis zu 30 Dezibel (dB) im Frequenzbereich zwischen 150 Hertz (Hz) und 200 Hertz auf.

Leichte Satelliten mit integrierten Funktionen
In tragende Satellitenstrukturen sind verschiedene Funktionen integriert, die normalerweise von eigenständigen Satellitensubsystemen und -komponenten bereitgestellt werden.

Am Fraunhofer LBF wurden numerische Modelle zur mechanischen Beschreibung der Leichtbaustrukturen mit integrierten aktiven Funktionen entwickelt, mit denen das reale Verhalten der Satellitenstrukturen effizient und zuverlässig abgebildet werden kann. Dieses neu entwickelte integrative Konzept fügt den vorhandenen Strukturen aktive Funktionen hinzu, beispielsweise Schwingungsminderung oder Energie- und Datenübertragung. Auch die Integration passiver Funktionen, wie Wärmeübertragung, Strahlungsabschirmung oder Aufprallschutz ist möglich.

Vorteile dieses neuen technologischen Konzepts sind die Verringerung der Masse und des Volumens des Satelliten, aber auch ein hochintegrativer und standardisierter »One-Shot« Produktionsprozess. Dieser macht die Herstellung, Integration, Qualifizierung, den Start und den Betrieb eines Satelliten kosten- und zeiteffizienter.

Mehr zu den neuen Forschungsergebnissen präsentieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom 16. bis 18. November 2021 auf dem Fraunhofer-Stand N 40 in Bremen.

Weitere Informationen:
https://www.lbf.fraunhofer.de/de/forschungsbereiche/adaptronik/vibroakustische-metamaterialien.html

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• Space Tech Expo Bremen 16.-18. 11. 2021
• Trägerrakete Ariane 6

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Quelle: Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF.

21. September 2021 – Damit die ehrgeizigen Anforderungen erreicht werden, ist die Entwicklung neuer Materialien und multifunktionaler Strukturen sowie innovativer Fertigungstechnologien unerlässlich. Im Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF wurde die Umsetzung der vibroakustischen Metamaterialien-Technologie für eine zylindrische Leichtbaustruktur aus Verbundwerkstoff untersucht. Diese stellt die Oberstufe einer konzeptionellen Ariane 6-Trägerrakete dar. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben konzeptionelle und numerische Entwurfsstrategien entwickelt und experimentell validiert. Es traten Schwingungsreduktionen von bis zu 30 Dezibel (dB) im Frequenzbereich zwischen 150 Hertz (Hz) und 200 Hertz auf. Mehr dazu auf der Messe »Space Tech Expo Europe«, Bremen, 16. bis 18. November 2021, Fraunhofer-Stand N 40.

Verbundwerkstoffe (beispielsweise Kohlefaserverbundwerkstoff, kurz CFK) ermöglichen große Masseneinsparungen bei Trägerraketen und werden für die Anwendung in verschiedenen Systemen und Komponenten in Betracht gezogen. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) will bis 2025 eine Oberstufe komplett aus Kohlefaserverbundwerkstoff für die neue Generation der Ariane 6 entwickeln, mit dem Ziel, die Nutzlastkapazität um zwei Tonnen zu erhöhen.

Hohes Potenzial: vibroakustische Metamaterialien

Obwohl Oberstufen aus Verbundwerkstoffen im Vergleich zu metallischen Materialien ein höheres Steifigkeits-Masse-Verhältnis aufweisen, können sie bei bestimmten Frequenzen zu höheren Schwingungsamplituden führen, die insbesondere in der Startphase kritisch sind. Ein innovativer Ansatz zur Reduzierung von Schwingungen sind vibroakustische Metamaterialien. Mit Metamaterialien wird ein in der Natur nicht vorkommendes Verhalten erzeugt. Neben optischen und elektromagnetischen Metamaterialien werden spezielle Formen von Metamaterialien auch zur Lärm- und Schwingungsminderung eingesetzt. Vibroakustische Metamaterialien werden aus mehreren periodisch angeordneten Einheitszellen gebildet – dem kleinsten identischen Teil der Grundstruktur, auf dem ein Resonator (Feder-Masse System) sitzt. Die lokalen Resonatoren sind gezielt auf der Subwellenlängenskala der einfallenden Welle platziert. Sie sind auf eine Resonanzfrequenz abgestimmt, bei der eine Schwingungsreduktion erforderlich ist. Die Wechselwirkung zwischen den lokalen Resonatoren und der einfallenden Welle führt zu einem Stoppband – einem Frequenzbereich mit hoher Schwingungsreduktion.

Das Potenzial von vibroakustischen Metamaterialien wurde sowohl für die Luftfahrt als auch für die Raumfahrt erkannt, wo sie beispielsweise bei der Nutzlastumhausung eingesetzt werden. Im Forschungsprojekt »Silent Running« liegt der Fokus auf dem Design von vibroakustischen Metamaterialien, die in der Oberstufe einer konzeptionellen Ariane 6-Trägerrakete eingesetzt werden sollen. »Am Fraunhofer LBF entwickeln unsere Fachteams effiziente numerische Routinen zur Beschreibung des dynamischen Verhaltens von vibroakustischen Metamaterialien. Diese Routinen werden für das Design von branchenspezifischen Produkten eingesetzt«, erläutert Projektleiter Heiko Atzrodt, verantwortlich für die Abteilung Strukturdynamik und Schwingungstechnik im Fraunhofer LBF.

Konzeptionelle und numerische Ansätze für ein Design mit hohen Dämpfungseigenschaften

Die Forschenden haben drei Konzepte von lokalen Resonatoren numerisch betrachtet und experimentell validiert. Für eine detaillierte Untersuchung des Verhaltens von vibroakustischen Metamaterialien in einem endlichen Bauteil wurden Plattendemonstratoren aus CFK realisiert, die den Schwerpunkt dieses Forschungsprojekts bilden.

Die Resonatorkonzepte wurden simuliert und ihre Wirkung numerisch bewertet. Dazu werden die Resonatoren auf der CFK-Platte angebracht, um eine Metamaterialstruktur zu erzeugen. Im ersten Schritt wird die Wellenausbreitung der unendlichen, periodischen Struktur anhand des Dispersionsverhaltens (Zusammenhang zwischen der Wellenlänge und -frequenz) einer einzelnen Einheitszelle untersucht. Damit werden Stoppbänder im Frequenzbereich ermittelt, in denen keine freie Wellenausbreitung möglich ist. Im nächsten Schritt wird eine endliche Plattenstruktur modelliert, um Stoppbänder in Frequenzgangfunktionen bei realen Randbedingungen auszuwerten. Für alle Konzepte traten Reduktionen von Schwingungsamplituden von bis zu 30 dB im Frequenzbereich zwischen 150 Hz und 200 Hz in den numerischen Simulationen auf. Durch den gezielten Einsatz geeigneter Materialien wird zusätzlich zum Stoppband ein verbessertes Schwingungsverhalten oberhalb des Stoppbandes erreicht.

Experimentelle Validierung

Das Schwingungsreduktionsverhalten von vibroakustischen Metamaterialien haben die Darmstädter Forschenden experimentell an planaren Proben untersucht. »Wir haben unser Ziel erreicht, für die drei Konfigurationen wird ein deutlich verbessertes Schwingungsverhalten nach der eingestellten Eigenfrequenz des Resonators beobachtet«, bestätigt Heiko Atzrodt den Projekterfolg.

Die experimentelle Umsetzung einer CFK-Probeplatte mit der Anwendung vibroakustischer Metamaterialien-Technologie zeigt ab der Resonatoreigenfrequenz von rund 150 Hz ein deutlich verbessertes Schwingungsverhalten. Dank der Anwendung eines hochgedämpften Materials für die Resonatoren wird das Schwingungsverhalten auch nach dem Stoppbandbereich optimiert. Die Schwingungsreduktion beträgt im erwarteten Stoppbandbereich bis 25 dB und im höheren Frequenzbereich (ab circa 250 Hz) bis 15 dB.

Silent Running
Vibroakustische Metamaterialien zur Schwingungsminderung von Launcherstrukturen

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• Space Tech Expo Bremen 16.-18. 11. 2021
• Trägerrakete Ariane 6

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