Verbindungskonzepte für den Zerfall von Satellitenstrukturen beim Wiedereintritt
Seit 2020 entwickelt das DLR-Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie Konzepte zur nachhaltigen Gestaltung der Weltraumumgebung. Die zunehmende Anzahl von Raketenstarts und Satellitenkonstellationen erhöht die Risiken durch Weltraummüll und unkontrollierte Wiedereintritte in die Erdatmosphäre. Das Konzept „Design for Demise“ verfolgt das Ziel, diese Gefahren zu reduzieren, indem Satellitenstrukturen so gestaltet werden, dass sie in großen Höhen zerfallen und die Gefährdungsfläche durch Trümmer minimiert wird. Aktuelle Entwicklungen konzentrieren sich auf neuartige Verbindungsstrukturen für alle Arten von Primärstrukturen von Satelliten, einschließlich Sandwich- und Dünnwandpaneelen. Für zerstörbare Verbindungen kommen passive Auswurfsysteme wie Formgedächtnislegierungs-Aktuatoren oder Druckfedern zum Einsatz.
Darüber hinaus werden auch zerstörbare Sekundärstrukturen wie Halterungen betrachtet. Durch Topologieoptimierung können diese additiv in komplexen Geometrien gefertigt werden, die mit konventionellen Verfahren nicht realisierbar wären, um ihre Verglühfähigkeit beim Wiedereintritt zu verbessern. Zusätzlich werden bio-basierte Materialien eingesetzt, um sowohl die Nachhaltigkeit als auch die Zerstörbarkeit der Bauteile zu verbessern.
Anhand der Mission Sentinel-6 der ESA als Referenz wurden hybride Materialverbindungen entwickelt, analysiert und getestet. Simulationen bestätigten die Belastbarkeit während des Starts. Wiedereintritts- und Thermalsimulationen zeigten, dass der strukturelle Zerfall bereits in Höhen von bis zu 115 km einsetzt. Dies führt zu einer Reduzierung der Gefährdungsfläche durch Trümmer um 32 % im Vergleich zu einer Referenz ohne diese Verbindungen. Das DLR-Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie entwickelt diese Technologien auch im Rahmen des DLR-Projekts TEMIS-DEBRIS.
Tests mit physischen Prototypen in den Einrichtungen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) bestätigten diese Ergebnisse. Die Resultate belegen die Wirksamkeit zerstörbarer Verbindungen, die den Zerfall von Satellitenstrukturen beim Wiedereintritt fördern und dadurch die Menge an Wiedereintrittsfragmente, die den Boden erreichen, reduzieren.
