Quelle: Kyocera 31. Juli 2024.

Kyoto/Esslingen, 30. Juli 2024. Der Keramikspiegel der Kyocera Corporation aus „Fine Cordierite“ wurde für den Einsatz in Geräten zur experimentellen optischen Kommunikation zwischen der Internationalen Raumstation (ISS) und einer mobilen optischen Station auf der Erde ausgewählt. Es ist das erste Mal, dass Cordierit für einen solchen Zweck verwendet wird.

Kyoceras Keramikspiegel aus Fine Cordierite kommt in der optischen Kommunikationsantenne (Quantum-Small Optical Link, im Folgenden: QSOL) zum Einsatz, die von Sony Computer Science Laboratories, Inc. (Präsident und CEO: Hiroaki Kitano, im Folgenden: Sony CSL) entwickelt wurde. QSOL wurde im Auftrag des japanischen Ministeriums für innere Angelegenheiten und Kommunikation entwickelt. Es handelt sich dabei um die Komponente einer optischen Kommunikationsantenne für das Secure Laser Communications Terminal for Low Earth Orbit (SeCRETS) zur Demonstration der Technologie im Orbit.

Diese Demonstration wurde gemeinsam vom National Institute of Information and Communications Technology (Präsident: Hideyuki Tokuda, im Folgenden: NICT), der School of Engineering, der Universität Tokio (Dekan: Yasuhiro Kato), der Next Generation Space System Technology Research Association (Präsident: Koji Yamaguchi), der SKY Perfect JSAT Corporation (Representative Director, President und Chief Executive Officer: Eiichi Yonekura) sowie Sony CSL durchgeführt.

Hintergrund der Materialwahl
Bislang beruht der Zweiwege-Datenaustausch zwischen Erdbeobachtungssatelliten im Weltraum und den Bodenstationen auf der drahtlosen optischen Kommunikation mit Funkwellen oder sichtbarem Licht. Diese Kommunikation ist für die Erfassung von Bilddaten zur Wettervorhersage, für Katastrophenschutz und -hilfe sowie zur Überwachung der Infrastruktur unerlässlich.

Die Fortschritte bei den Sensoren der Erdbeobachtungssatelliten haben dazu geführt, dass immer mehr Beobachtungsdaten gewonnen werden können. Diese sollen anschließend möglichst schnell an Bodenstationen übertragen werden. Allerdings besteht zum aktuellen Zeitpunkt genau darin eine der zu lösenden Herausforderungen für die Weltrauminfrastruktur: die Übertragung großer Datenvolumen mit hoher Geschwindigkeit. Um dieses Problem zu lösen, setzt man auf optische Kommunikation via Laserstrahlen für eine Datenübertragungs- und -empfangsgeschwindigkeit, die nicht nur mehr als 100-mal schneller ist als die Funkwellenkommunikation, sondern auch eine deutlich höhere Kapazität zulässt.

Damit die Daten von den Satelliten ihre Bodenstationen erreichen, muss zudem der Laserstrahl mit optischen Spiegeln auf den optimalen Winkel eingestellt werden. Bisher kamen hierbei Spiegel aus Metall oder Glas zum Einsatz. Dazu muss der Laserstrahl mit einer Präzision im Nanobereich ausgerichtet werden. Daher werden Spiegel mit dauerhafter Formstabilität und der Fähigkeit, Wärmeausdehnung und Temperaturänderungen in der rauen Weltraumumgebung standzuhalten, benötigt.

Bei diesem Experiment wurde der Keramikspiegel aus Fine Cordierite von Kyocera in der QSOL installiert. Er wurde aufgrund seiner einzigartigen thermischen und mechanischen Eigenschaften, wie z. B. geringe Wärmeausdehnung und dauerhafte Formstabilität, ausgewählt.

Angesichts der erfolgreichen Durchführung dieses Experiments glauben wir, dass unsere Produkte zum Aufbau einer Weltrauminfrastruktur für die optische Satellitenkommunikation beitragen können, bei der in Zukunft große Datenvolumen mit hoher Geschwindigkeit übertragen werden können.

Kyocera wird weiterhin seine Feinkeramiktechnologie nutzen, um zuverlässige Komponenten zu entwickeln, die zur Forschung und Beobachtung in den Bereichen Astronomie und Weltraum beitragen.

Produktmerkmale von Kyoceras Keramikspiegel aus Fine Cordierite
Der Kyocera Fine Cordierite-Keramikspiegel ist das Ergebnis von 65 Jahren Entwicklungsarbeit, in denen die folgenden vier Eigenschaften für eine stabile optische Kommunikation auch im Weltraum durch das feinkeramische Material und die Brenntechnologie erreicht wurden.

1. Geringe thermische Ausdehnung
   Die Ausdehnung sowie die Formveränderungen aufgrund von Temperaturschwankungen sind extrem gering, sodass sie für optische Spiegel verwendet werden können, die Präzision im Nanobereich erfordern.
2. Hohe mechanische Festigkeit und hohe Steifigkeit
   Gegenüber Glas mit niedriger Wärmeausdehnung weist der Keramikspiegel aus Fine Cordierite von Kyocera eine 1,5- bis 2-mal höhere mechanische Festigkeit auf, die im Vergleich zu Glas eine höhere Steifigkeit bietet und so ein sehr geringes Gewicht ermöglicht.
3. Dauerhafte Formstabilität
   Gegenüber Glas mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizient weist Fine Cordierite eine hervorragende Formstabilität auf, sodass es über einen längeren Zeitraum verwendet werden kann, ohne dass Formveränderungen zu befürchten sind.
4. Strahlungsbeständigkeit
   Tests zur Strahlenbelastung haben bestätigt, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK) von Fine Cordierite unverändert bleibt. Das macht es ideal für Anwendungen im Weltraum.

Kyocera wird seinen Keramikspiegel aus Fine Cordierite auf der vom 19. bis 21. November 2024 in Bremen (Stand #T17) stattfindenden Space Tech Expo 2024 ausstellen.

Weitere Informationen über Kyoceras Keramikspiegel aus Cordierit:
https://www.kyocera-fineceramics.de/en/markets/aviation-and-aerospace-industry

Über das Experiment
SeCRETS startete am 2. August 2023 zur ISS und wurde auf der externen Experimentplattform des japanischen Experimentmoduls „Kibo“ (Intermediate Space Environment Experiment Platform [i-SEEP]) installiert. Anschließend wurde die geheime Schlüsselfreigabe unter
Verwendung einer optischen 10-GHz-Taktkommunikation von der ISS in niedriger Umlaufbahn zu einer tragbaren optischen Bodenstation am Boden durchgeführt und die sichere Kommunikation zwischen der ISS und der Bodenstation unter Verwendung des One-Time-Pad-Verfahrens zur Verschlüsselung mit dem Schlüssel erfolgreich demonstriert.

Weitere Informationen über das Experiment:
https://www.sonycsl.co.jp/en/press/prs20240423/?lang=en
SeCRETS wurde im Rahmen des „Forschungs- und Entwicklungsprojekts für IKT-Schlüsseltechnologien (JPMI00316)“ des japanischen Innenministeriums entwickelt, insbesondere für die „Forschung und Entwicklung der Quantenverschlüsselungstechnologie in der Satellitenkommunikation (JPJ007462).*3

*1 Erstmalig wurde ein Spiegel aus Cordierit-Keramik für den Einsatz in experimentellen optischen Kommunikationsgeräten auf der ISS ausgewählt, basierend auf Forschungsergebnissen von Kyocera (2024).
*2 Erfolgreicher Austausch von geheimem Schlüssel und hochsichere Kommunikation zwischen der ISS und der Bodenstation. „Gesteigerte Erwartungen an die praktische Anwendung der Satellitenquantenverschlüsselung.“ https://www.sonycsl.co.jp/press/prs20240418/ (nur auf japanisch).
*3 Pressemitteilung des Ministeriums für innere Angelegenheiten und Kommunikation vom 14. Juni 2018. Ergebnisse der öffentlichen Ausschreibung von Forschungs- und Entwicklungsvorschlägen im Bereich der Informations- und Kommunikationstechnologie 2018; https://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/01tsushin03_02000247.html

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• **ISS** Forschung & Forschungseinrichtungen

Der Beitrag Kyocera installiert Keramikspiegel auf der Internationalen Raumstation erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR 28. Juni 2022.

28. Juni 2022 – Wiederverwendbare Trägersysteme sind bei der Rückkehr zur Erdoberfläche hohen Belastungen und Temperaturen ausgesetzt. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) testete nun erfolgreich Bauteilstrukturen, Messmethoden und Auswertealgorithmen für die Wiedereintrittsphase mit dem Flugexperiment STORT (Schlüsseltechnologien für hochenergetische Rückkehrflüge von Trägerstufen). Am frühen Morgen des 26. Juni 2022 startete das dreistufige Raketenexperiment vom Startplatz Andøya Space im Norden Norwegens. Die Oberstufe erreichte auf dem Scheitelpunkt der Flugbahn in 38 Kilometern Höhe eine Fluggeschwindigkeit von rund 9.000 Kilometern pro Stunde, was einer Machzahl von über Acht entspricht. Anschließend fiel sie mehr als 350 Kilometer entfernt vom Startpunkt in den Atlantischen Ozean. Die umfangreichen Messdaten wurden während des Fluges an die Bodenstation übertragen.

„Um höhere Fluggeschwindigkeiten zu erreichen, haben wir erstmals eine DLR-Höhenforschungsrakete mit drei statt zwei Raketenstufen eingesetzt“, erklärt Dorian Hargarten vom DLR-Institut für Raumflugbetrieb und Astronautentraining. „Zusätzlich flog die dritte Stufe mit den verschiedenen wissenschaftlichen Nutzlasten eine besonders flache Flugbahn in 38 Kilometern Höhe bei Machzahlen bis acht. Hierbei wurden – analog zur Hitzeentwicklung beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre – verschiede Hochtemperaturexperimente bei den zu untersuchenden hohen Wärmelasten durchgeführt“, so Hargarten weiter.

Keramische Segmente und Vorflügel im Test
Entscheidend bei der Hitzeentwicklung in der Wiedereintrittsphase sind Materialien, die den hohen Thermallasten ausreichend widerstehen und diese abführen. Ebenso sind robuste Wärmesensoren essentiell, die die Temperaturentwicklung genau im Blick behalten. „Bei STORT besteht der Vorkörper der dritten Raketenstufe aus fünf keramischen Segmenten“, erklärt der Leiter des STORT-Projekts Prof. Ali Gülhan vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik. „Entlang der vier longitudinalen Linien haben wir den Vorkörper alle 90 Grad mit zahlreichen Wärmeflusssensoren, Thermoelementen und Drucksensoren ausgestattet und sind nun sehr gespannt auf die Datenauswertung.“

Für die Durchführung der Thermalmanagement-Experimente nutzten die Forscherinnen und Forscher an der Rakete drei feste Vorflügel (Canards) mit keramischen Außenschalen, die vom DLR-Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie entwickelt wurden. Während ein Canard aktiv gekühlt wurde, war der zweite Canard passiv gekühlt. Der dritte Referenz-Canard (ohne Kühlung) wurde zusätzlich für die Untersuchung der Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkung genutzt. Alle drei Canards zeigten im Flug unterschiedliche Strukturantworten bei gleicher Belastung durch die Hitze.

Ein modulares und verteiltes Datenerfassungssystem erlaubte die effiziente Aufzeichnung von Daten aus den unterschiedlichen Experimenten. Bereits im Vorgängerprojekt ATEK wurde zur Gewichtsreduktion der zylindrischen Nutzlastsegmente ein Standardmodul aus Aluminiumlegierungen durch ein Hybridmodul ersetzt, welches aus einer CFK-Struktur mit metallischen Flanschen besteht. Im STORT-Projekt testeten die Forschenden nun ein noch einmal deutlich leichteres und komplett aus CFK bestehenden Modul.

Neben dem DLR ist die TU München durch die Fertigung des CFK-Moduls am Flugexperiment STORT beteiligt. Ein weiterer internationaler Partner ist die Universität Arizona, die Simulationen für das Experiment ‚Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkung‘ auf dem Canard durchgeführt hat. Die Planung und Durchführung der Mission lag in der Verantwortung der Abteilung Mobile Raketenbasis (MORABA) des DLR-Instituts für Raumflugbetrieb und Astronautentraining. Der Vorkörper wurde vom DLR-Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie ausgelegt und gefertigt. Aerothermale Auslegung, aktives Thermalmanagement, Instrumentierung der Nutzlasten und deren modulare Datenerfassung hat das DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik eingebracht, welches gleichzeitig die Projektleitung innehat.

Über das Projekt STORT
Das jetzt erfolgreich durchgeführte Flugexperiment ist ein Element des STORT-Forschungsprojektes. Das Projekt ist Bestandteil des DLR Teilprogrammschwerpunktes ‚Wiederverwendbare Raumtransportsysteme‘. Es hat zum Ziel, ausgewählte Technologien und Methoden im Hinblick auf thermomechanische Analyse und Bewertung von Trägersystemen zu entwickeln. Dafür werden die Bauteilstrukturen, Messmethoden und Auswertealgorithmen, die in Grundlagenuntersuchungen entwickelt wurden, für ein Flugexperiment angepasst und schließlich mit dem Flug qualifiziert. Die Flugdaten liefern ergänzend zu den Bodenexperimenten Validierungsdaten für physikalische Modellierungen, numerische Simulationen sowie die Systemanalyse und ermöglichen dadurch eine zuverlässige Auslegung und Bewertung von zukünftigen Trägersystemen. Die weiteren im Projekt beteiligten Einrichtungen sind das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme, das DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik sowie das DLR-Institut für Softwaretechnologie.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Höhenforschungsraketen

Der Beitrag Flugexperiment STORT: Erfolgreicher Testflug mit Höhenforschungsrakete erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR.

15. November 2021 – Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beteiligt sich an der Space Tech Expo vom 16. bis zum 18. November 2021 in Bremen: Am Messestand in Halle 5, Standnummer J28, zeigt das DLR Exponate aus der Raumfahrt sowie Transferthemen, die den Weg aus der Forschung in die Anwendung finden. Schwerpunkte der Messepräsenz sind der Einsatz von Robotik, Lasertechnik und Radartechnik in der Raumfahrt sowie die europäische Beteiligung an zukünftigen bemannten Mondmissionen.

„Global einsetzbare Raumfahrttechnologien sind unverzichtbar geworden in einer Welt des sich beschleunigenden Wandels mit immer enger verflochtenen Wirtschaftssystemen. Globale Herausforderungen wie der Klimawandel, ein übergreifendes Verkehrs- und Warentransportmanagement sowie die digitale Kluft in der Welt brauchen Antworten, die sich mit den technischen Möglichkeiten der Raumfahrt verbinden“, sagt die DLR-Vorstandsvorsitzende Prof. Anke Kaysser-Pyzalla. „Die Space Tech Expo gewinnt vor diesem Hintergrund an Bedeutung. Seit 2015 ist das DLR auf diesem wachsenden Raumfahrttechnologie-Hub präsent, wobei sich bereits vielfältige Geschäftsbeziehungen auf europäischer und internationaler Ebene ergeben und vertieft haben.“

Am ersten Messetag ist Prof. Anke Kaysser-Pyzalla mit einer Keynote auf der begleitenden Konferenz vertreten.

„Unsere Raumfahrtforschung richten wir als DLR auf den gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Bedarf aus und liefern in diesem Zusammenhang neue technologische Lösungen. Die Kombination aus Grundlagen- und angewandter Forschung erlaubt es, unsere Ziele bedarfsgerecht auszurichten. Durch systematische Auslegung und Betrachtung komplexer Szenarien, ist das DLR in der Lage, große und langfristige Projekte durchzuführen. Die Space Tech Expo Bremen sehen wir als ideale Plattform, unsere Entwicklungen und Innovationen der Politik sowie Herstellern in der zivilen kommerziellen Raumfahrt näherzubringen“, ergänzt Dr. Anke Pagels-Kerp, Bereichsvorständin Raumfahrt.

Diese Themen präsentiert das DLR auf der diesjährigen Space Tech Expo:

Roboter warten Satelliten
In den letzten Jahren wuchs die Anzahl der Satelliten im Erdorbit rapide an. Hersteller von Satelliten sind interessiert an Technologien, die Satelliten warten und im Notfall sofort reparieren können. Aktuell werden vorzugsweise Astronauten für solche Missionen eingesetzt, trotz hoher Risiken und Kosten. Deshalb stellen robotische Systeme eine kostengünstige Alternative dar. Für diese Zwecke hat das DLR-Institut für Robotik und Mechatronik das Robotersystem CAESAR (Compliant Assistance and Exploration SpAce Robot) entwickelt. Es vereint innovative Elektronik und Mechanik mit neuen Regelungsverfahren. Ähnlich wie ein menschlicher Arm besitzt der Roboter sieben Freiheitsgrade, was ihm gegenüber Standardrobotern eine höhere Flexibilität verleiht. Eine an dem Roboter installierte SpaceHand erlaubt ihm auch, taumelnde oder nicht kooperative Satelliten zu greifen und zu stabilisieren.

Satellite Laser Ranging: Hochpräzise Abstandsmessung
Mittels Satellite Laser Ranging, kurz SLR, lässt sich der Abstand eines Satelliten zu einem festgelegten Punkt auf der Erde sehr exakt bestimmen. Anwendung findet dieses laserbasierte Messverfahren, das vom DLR-Institut für Technische Physik präsentiert wird, zum Beispiel in der Erdbeobachtung, beim Betrieb von Satelliten oder Aufspüren von Weltraumschrott. Beim SLR wird mit Hilfe spezieller Lasersysteme der Abstand zwischen einer Bodenstation und einem Satelliten gemessen – und das mit sehr hoher Genauigkeit von einigen Millimetern auf bis zu 25.000 Kilometern Entfernung. Dazu sendet die Bodenstation einen Laserstrahl aus. Dieser trifft auf den Satelliten, wird zurückgelenkt und mittels eines Teleskops und einem Detektor von der Bodenstation erfasst. Aus der Zeit, die das Laserlicht für diesen Weg benötigt, lässt sich sehr exakt der Abstand zwischen Satellit und Bodenstation berechnen.

Laserbasierte Satelliten-Kommunikation
Nicht nur Abstandsmessungen, sondern auch der Austausch von Daten zwischen Satelliten kann über Laser erfolgen. Die Technologie zur Laserübertragung nutzt am Satelliten ein Kommunikationsterminal mit verschiedenen Spiegeln. Damit die Informationen präzise weitergegeben werden können, müssen diese Spiegel genaustens zueinander ausgerichtet sein. Als Gehäusestrukturen oder Trägerplatten für Spiegel und optische Instrumente haben sich faserverstärkte Keramiken vom DLR-Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie in diversen Tests als besonders geeignet erwiesen. Die faserverstärkte Keramik hat den Vorteil, dass sie sich auch bei stark unterschiedlichen Temperaturen nicht ausdehnt und besonders steife und leichte Sandwichplatten hergestellt werden können. So bleibt sie auch im Weltall besonders formstabil. Mit solchen, ausdehnungsneutralen Teleskoprohren gelang erstmals die Datenübertragung mittels Laser zwischen den Satelliten TerraSar-X und NFire.

Sicherheit im Weltraum durch Radartechnik
Das German Experimental Surveillance and Tracking Radar (GESTRA) ist ein Radarsystem zur Beobachtung und Verfolgung von Objekten im Weltall, wie etwa Satelliten, Raumfahrzeugen oder Weltraumschrott. So ist es etwa möglich, Raumfahrtsysteme oder die Internationale Raumstation ISS durch rechtzeitige Warnung vor einer Kollision mit Schrottteilchen zu schützen. Schätzungen zufolge umkreisen derzeit bereits mehr als 128 Millionen kleinster Partikel die Erde und stellen bei einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 28.000 Kilometern pro Stunde eine Gefährdung für aktive Weltraumtechnologien dar.

Das GESTRA-Radar, das die größeren dieser Objekte erfassen kann, arbeitet im Mikrowellenbereich und erkundet den niedrigen Erdorbit in einer Höhe von 300 bis 3000 Kilometern – also dem Bereich, in dem sich die meisten Satelliten und die ISS befinden. Das System soll voraussichtlich in 2022 an seinem Standort in Koblenz in Betrieb genommen werden.

Servicemodul für das Orion-Raumschiff
Die DLR-Raumfahrtagentur präsentiert das in Europa entwickelte Servicemodul (ESM) des neuen NASA-Crew-Raumschiffes Orion. Das ESM ist das Herzstück des Orion-Raumschiffs und sitzt unterhalb der Crew-Kapsel. Es beinhaltet das Haupttriebwerk und liefert über vier Solarsegel den Strom. Außerdem reguliert es Klima und Temperatur im Raumschiff und lagert Treibstoff, Sauerstoff und Wasservorräte für die Crew. Das Orion-Raumschiff und damit auch das ESM gelten als zentraler Meilenstein für künftige bemannte Explorationsmissionen zum Mond, aber auch zum Mars und darüber hinaus.

Das europäische Konsortium, welches das ESM baut, steht unter der Führung von Airbus Defence and Space in Bremen. Insgesamt sind Firmen aus zehn ESA-Ländern sowie den USA beteiligt. Der unbemannte Erstflug von Orion mit dem ESM ist für 2022 geplant. Dieses erste ESM trägt den Namen ESM-1 „Bremen“, da es zu großen Teilen in der deutschen Hansestadt gebaut worden ist. 2023 sollen dann erstmals Astronautinnen und Astronauten mit Orion/ESM zum Mond fliegen.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Space Tech Expo Bremen 16.-18. 11. 2021

Der Beitrag Das DLR auf der Space Tech Expo 2021 in Bremen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.