Ein Reaktionsrad – eines der schwersten Teile einer Weltraummission, dessen wechselnde Rotation dazu dient, die Ausrichtung eines Satelliten zu ändern – gesehen in einem Plasmawindkanal der High Enthalpy Flow Diagnostics Group (HEFDiG) am Institut für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart (IRS). Lichtbogenerhitztes Gas in der Testkammer erreicht Geschwindigkeiten von mehreren Kilometern pro Sekunde und reproduziert Wiedereintrittsbedingungen, während das Reaktionsrad selbst gedreht wird und so das Taumeln nachahmt, das auftritt, wenn ein Satellit durch die Atmosphäre stürzt.
Das Reaktionsrad selbst stammt von Collins Aerospace in Deutschland, das seit vielen Jahren die Aktivitäten von Design for Demise (D4D) unterstützt und mehrere Modifikationen an seinem TELDIX-Reaktionsrad vorgenommen hat, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass es beim Wiedereintritt des Satelliten auseinanderfällt, um die Demisability zu unterstützen.
Dieser Clip wurde während des diesjährigen Space Mechanisms Workshop im ESTEC-Technikzentrum der ESA in den Niederlanden präsentiert und konzentrierte sich auf aktuelle und zukünftige Anforderungen und Richtlinien zur Reduzierung des Risikos durch Trümmer in der Umlaufbahn, einschließlich der Null-Debris-Charta der ESA. An der Veranstaltung nahmen mehr als 130 Spezialisten für Raumfahrtmechanismen aus der europäischen Industrie und Wissenschaft teil.
„Weltraummechanismen umfassen alles, was die Bewegung an Bord eines Satelliten ermöglicht, von Auslösevorrichtungen bis hin zu Reaktionsrädern“, erklärt Workshop-Mitorganisator Geert Smet.
„Diese Mechanismen verwenden jedoch häufig Materialien wie Stahl oder Titan, die den Wiedereintritt in die Atmosphäre mit größerer Wahrscheinlichkeit überleben. Dies ist ein Problem, da unsere aktuellen Vorschriften besagen, dass beim Wiedereintritt von Satelliten weniger als eins von 10.000 Risiken für die Schädigung von Menschen oder Eigentum am Boden bestehen sollten.“ oder sogar einer von 100.000 bei großen Satellitenkonstellationen. Die Clean Space-Gruppe der ESA reagiert mit D4D – sie entwickelt Methoden, um den völligen Zerfall einer Mission wahrscheinlicher zu machen, einschließlich Mechanismen.
Bildnachweis: ESA-HEFDIG/IRS
Die D4D-Bemühungen konzentrieren sich derzeit hauptsächlich auf Plattformausrüstung wie Reaktionsräder und Antriebsmechanismen für Solaranlagen, da diese auf fast jedem Satelliten zu finden sind. In Zukunft könnte der Ansatz jedoch auf alle Arten von Satellitenmechanismen ausgeweitet werden.
Das Risiko am Boden durch wieder eindringende Objekte mag abstrakt erscheinen, ist aber sehr real. 1997 traf Lottie Williams in Turley, Oklahoma, ein glücklicherweise leichtes Geflecht aus einer Delta-II-Stufe auf die Schulter. Ziel ist es, in Zukunft sicherzustellen, dass auch die schwersten Teile von Satelliten rechtzeitig zerfallen. Ein alternativer Ansatz, wenn dies nicht praktikabel ist, könnte darin bestehen, Teile eines Satelliten zusammenzuhalten, um seinen Fußabdruck auf dem Boden und das daraus resultierende Risiko eines Aufpralls zu minimieren.
Der Workshop beinhaltete auch Details zu den neuesten Plänen der ESA und der Industrie, eine aktive Trümmerbeseitigung durch spezielle Raumfahrzeuge durchzuführen, die sich mit kompletten verlassenen Satelliten treffen und diese für den Wiedereintritt ansteuern. Mechanismen sind für diese Bemühungen von entscheidender Bedeutung, wobei Erfassungssysteme erforderlich sind, um einen Zielsatelliten zu erfassen.
Mitorganisator Kobyé Bodjona fügt hinzu: „Die Idee hinter dieser Veranstaltung ist es, der Mechanik-Community die neuesten Forschungsergebnisse zu Weltraummüll vorzustellen, um zu sehen, wie diese zur laufenden Arbeit beitragen könnten. Dies ist wichtig, weil große Systemintegratoren – die großen Unternehmen, die führend sind.“ Satellitenprojekte – werden Systeme benötigen, die den Vorschriften zur Trümmerminderung vollständig entsprechen, und der Bedarf wird immer dringlicher, da immer mehr Satelliten im Weltraum platziert werden.