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Extremer Leichtbau: Markt für immer leichtere Satelliten wächst / Interview mit Claude Maack, GRADEL

20.06.2019
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Die Raumfahrt treibt als Innovationsmotor viele Disziplinen zu neuen Höchstleistungen. Wie die hohen Anforderungen an Materialien, an Sicherheit und Zuverlässigkeit aus Raumfahrzeugen und Satelliten Vorreiter in Sachen Ultra-Leichtbau machen, erläutert Claude Maack, Geschäftsführer vom luxemburgischen Raumfahrt-Zulieferer GRADEL. Wie sich der Markt entwickelt, wird das Unternehmen auch im Lightweight Technologies Forum vom 10. bis 12. September präsentieren.

 

Herr Maack, Ultra-Leichtbau ist seit jeher eine Schlüsseltechnologie in der Raumfahrt. Was treibt den Leichtbau gerade jetzt noch weiter voran? 

Claude Maack: Leichtbau wird in der Raumfahrt immer der Trend bleiben, denn hier kostet Gewicht viel Geld: Aktuell liegen die Kosten für jedes Kilogramm Gewicht, dass in den Weltraum befördert wird, bei rund 7.000 Dollar. Der Leichtbau trägt dazu bei, die Nutzlast (Payload) einer Rakete zu erhöhen. Somit lassen sich pro Start mehr Satelliten ins All bringen. Zudem lassen sich Treibstoff und damit Kosten einsparen. Aber Leichtbau in der Luft- und Raumfahrt ist ein langer Weg. 

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Claude Maack, GRADEL


Warum? Was bremst den Weg zu leichteren Raketen und Satelliten?

Die Raumfahrt ist geprägt von der Risiko-Minimierung. Das heißt, lange Simulations- und Testreihen. Die größte Herausforderung ist es, die Kunden wie z.B. Satelliten-Betreiber davon zu überzeugen, eine neue Technologie einzusetzen. Auch wenn wir alle nötigen Qualifizierungen vorwiesen können, gibt es ja noch keine praktischen Erfahrungen. Wir müssen die Kunden also davon überzeugen, dass die Leichtbau-Technologien sicher sind und die Wertschöpfung so groß, dass sich die Investitionen lohnen. Gefragt ist Leichtbau zu bezahlbaren Preisen.

Produkte von GRADEL kommen in vielen Weltraumprogrammen zum Einsatz. In welchen Bereichen sehen Sie das größte Potential für den Leichtbau?

Einen großen Markt sehe ich bei mittleren und kleinen Satelliten, aber auch den Nano-Satelliten, die künftig im Verbund die Telekommunikation oder Internetanbindungen auf der Erde abdecken sollen. Der Bedarf an solchen Satelliten wird wachsen.

Welche besonderen Anforderungen gibt es an Materialien in der Raumfahrt?

Bei einem Satelliten sind sämtliche Bauteile extremen Bedingungen ausgesetzt. Bereits beim Raketenstart müssen sie enormen Beschleunigungskräften standhalten. Im Weltall geht die Belastung weiter: Hier ist die mechanische Belastung zwar gering, aber alle Materialien müssen der Strahlenbelastung widerstehen ­- und das über eine Lebensdauer von durchschnittlich 15 Jahren. Dazu kommen die hohen Temperaturunterschiede zwischen minus 185 und plus 200 Grad Celsius – alle paar Stunden im Wechsel von einem zum anderen Extrem. Das absolute Vakuum im All verlangt den Werkstoffen ebenfalls viel ab, weil die Ausgasung der Materialien unbedingt verhindert werden muss.

Welche Technologien sehen Sie ganz vorne, wenn es um noch leichtere Bauteile geht?

Auf jeden Fall Faserverbundwerkstoffe. Bei der Technologie haben wir uns für eine dreidimensionale Wickeltechnik entschieden. „xFK in 3D“ ist eine Entwicklung unseres Partners AMC. Dabei werden Karbonfaserverstärkte Kunststoffe dreidimensional und geometrisch frei gewickelt. Mit keiner Technologie kann mach derzeit leichter bauen.

Warum haben Sie sich gerade für diese Technologie entschieden?

In der Raumfahrt sind kleine Stückzahlen gefragt, oft auch nur Prototypen. Das Wickelverfahren „xFK in 3D“ ist eine konkurrenzfähige Alternative zum 3-D-Druck, die äußerst belastbar ist. Bauteile müssen neben geringem Gewicht eine hohe Steifigkeit aufweisen – beides hat Einfluss auf das Gesamtkonzept von Satelliten. Unsere xFK-Bauteile werden momentan qualifiziert, dazu beziehen wir die die Europäische Weltraumorganisation ESA mit ein. Im Anschluss folgen Tests mit thermischen Lastzyklen. Sind die erfolgreich, werden wir die ersten Strukturen bauen.

Welche Bedeutung spielt die Digitalisierung bei der Entwicklung?

Wir arbeiten in einer geschlossenen digitalen Prozesskette. So können wir den Kunden vorab zeigen, was das fertige Bauteil leisten kann, den Einsatz simulieren und nachweisen, dass wir die Technologie beherrschen.

Werden die vielen Satelliten nach ihrem Lebensende nicht irgendwann als Weltraumschrott zum Problem werden?

Auch hier kann der Leichtbau eine Lösung sein: Wenn ausgediente Satelliten zum kontrollierten Absturz gebracht werden, können Objekte mit geringer Masse beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre restlos verglühen.

Wie glauben Sie, wird sich der Markt für Raumfahrt-Produkte mittelfristig entwickeln?

Ich denke, der Markt wird unter großen Kostendruck geraten. Firmen wir SpaceX werfen derzeit die bisherigen Strukturen über den Haufen. Die Raumfahrt-Industrie wird zudem immer schnelllebiger. Satelliten und ihre technischen Einsatzmöglichkeiten müssen heute flexibler sein. Früher hat ein Satellit 15 Jahre lang dieselbe Funktion erfüllt, heute muss er in der Lage sein, bereits nach 6 Monaten neuen Aufgaben übernehmen zu können. Die OEMs müssen sich also neu positionieren. Wir von GRADEL fühlen uns aber gut aufgestellt, um auf neuen Anforderungen schnell reagieren zu können.

Gemeinsam mit AMC führen Sie derzeit eine Studie zur Zukunft des Leichtbaus in der Raumfahrt durch, die Sie im September auf im Lightweight Technologies Forum in Stuttgart vorstellen werden. Was ist das Ziel der Studie?

Der Raumfahrt-Markt wird wachsen. Uns interessiert, welches Potential der integrative, systemische Leichtbau hat und welche Werkstoffe dafür die richtigen sind. Dazu wollen wir einen Überblick über den aktuellen Stand über den Markt und die Technologien schaffen.

Herr Maack, vielen Dank für das Gespräch.

     

Über GRADEL SÀRL:

Seit 2008 entwickelt GRADEL Spezialmaschinen und maßgeschneiderte Lösungen für die Raumfahrt. Die Hauptproduktgruppe im Bereich Raumfahrt ist das Mechanical Ground Support Equipment (MGSE), dazu zählen Multipurpose Trolleys, horizontale und vertikale Lifting Devices, Integrationsstands und Adapterringe für die Montage, Integration und Test aller Arten und Größen von Satelliten, sowie Ausrüstung von CATR – Einrichtungen zum Testen der Antennen der Satelliten. Darüber hinaus entwickelt GRADEL Flughardware wie Haltewinkel, Interface Rings, Kabeldurchführungen und kleine entfaltbare Elemente für Satelliten. Kunden sind u.a. Airbus Defence & Space, die OHB System AG und Thales Alenia Space. Ausrüstung von GRADEL wird unter anderem in folgenden Weltraumprogramme verwendet: Alphabus, EDRS, Electra, Esail, Euclid, Eurostar Neo, ExoMars, Juice, Moonmission M4, MTG, Proba3, SGEO and Solar Orbiter.

www.gradel.lu 

   

XFK IN 3D:

xFK in 3D ist eine Marke der AMC. Bei dem Prozess handelt es sich um eine hochflexible, nahezu beliebig gestaltbare, kostengünstige und nachhaltige Faserverbundtechnologie zum Wickeln von Bauteilen. Wenn die (Glas-, Kohle-, Basalt- und viele weitere Natur-) Fasern von Verbundwerkstoffen («xFK») nach den gewünschten Bauteilfunktionen und Lastkollektiven ausgerichtet und dreidimensional gefertigt werden («xFK in 3D»), entstehen räumliche, ultraleichte Strukturbauteile. Die Vorteile des Verfahrens reichen von der auf die Kraft- und Spannungsaufnahme ausgelegten Faserablage bis hin zu minimalem Werkstoffverschnitt. GRADEL ist exklusiver Partner von AMC für «xFK in 3D» im Bereich Raumfahrt.

www.automotive-management-consulting.com  

   

Über das Lightweight Technologies Forum:

Das Lightweight Technologies Forum (LTF) im Rahmen der COMPOSITES EUROPE (10. bis 12. September, Stuttgart) macht deutlich, wie sich Leichtbau wirtschaftlich und ressourceneffizient umsetzen lässt. Das Forum versteht sich als branchen- und materialübergreifende Ideenschmiede, in der die Beteiligten über diese neuen Konzepte nachdenken. Mit einem eigenen Ausstellungsbereich und Vortragsforum zeigt das LTF, wie Glasfaserverstärkte (GFK) und Kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK) im Materialmix mit anderen Werkstoffen ihre Stärken in hybriden Strukturbauteilen ausspielen – im Automobilbau, in der Luftfahrt und dem Bausektor.

www.composites-europe.com  /  www.lite-forum.de

   

Download:

Foto Claude Maack, GRADEL (jpg / 2,1 mb, Quelle GRADEL)

Foto Satellit (jpg / 276 kb, Quelle: Pixabay)

   


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