Namhafte Wissenschaftsinstitute und Raumfahrtunternehmen bündeln ihre Kräfte, um neue Weltraumtechnologien zu entwickeln

Die Erforschung des Weltraums hat viele gesellschaftliche Vorteile mit sich gebracht, die die Lebensqualität auf der Erde erheblich verbessert haben. Die ersten Satelliten lieferten entscheidendes Wissen und Fertigkeiten in der Telekommunikation, Navigation und Fortschritte bei der Wettervorhersage. Die erfolgreiche Erkundung des Weltraums umfasst eine Fülle an Missionen, die fortschrittliche Systeme und Fähigkeiten erfordern. Diese werden die Entwicklung vieler kritischer Technologien, einschließlich hochentwickelter Materialien und Strukturkonzepte beschleunigen. Kenntnisse und Möglichkeiten aus der angewandten Forschung ermöglichen die Entwicklung neuer Materialien und Herstellungsmethoden für Weltraumprodukte. Diese ebnen wiederum den Weg für künftige erfolgreiche Weltraummissionen, sowie Einsatzmöglichkeiten auf der Erde. Im Jahr 2016 wies der weltweite Raumfahrtmarkt ein Volumen von 345 Mrd. USD (296 Mrd. EUR / £ 262 Mrd.) auf. Die Entwicklung innovativer Technologien ist ein Schlüsselfaktor, damit Europa auf diesem globalen und wettbewerbsintensiven Sektor auch in Zukunft eine wichtige Rolle spielt.

Verbesserte Charakterisierung von Werkstoffen und Fertigungsprozesse für die Luft- und Raumfahrt

Für weitere Innovationen in der Weltraumforschung und -technologie sowie ihrer Anwendung ist es entscheidend, europäische, wissenschaftliche und technische Ressourcen technologieübergreifend für die Industrie zu bündeln. Diese Absicht spiegelt sich in einem Memorandum of Understanding wider, das von ILL und ESRF und den führenden europäischen Raumfahrtunternehmen OHB System AG und MT Aerospace AG unterzeichnet wurde. Als weltweit führende Forschungszentren für Neutronenforschung bzw. die Forschung mit Synchrotronstrahlung werden ILL und ESRF ihre „best-in-class“ Ressourcen, Anlagen und ihr Know-how einbringen, um gemeinsam mit Experten der OHB System AG und der MT Aerospace AG Herausforderungen auf dem Gebiet der Charakterisierung von Werkstoffen und Fertigungsprozessen für die Luft- und Raumfahrt anzugehen

Zusammen verfügen die beiden deutschen Schwesterunternehmen über mehr als 85 Jahre Erfahrung in Raumfahrtprogrammen. Die OHB System AG deckt die gesamte Palette der Satellitenanwendungen ab – von Telekommunikation, Erdbeobachtung, Navigation und Aufklärung bis hin zu Exploration und Wissenschaft. Die MT Aerospace AG, ein Technologieführer im Leichtmetall- und Verbundwerkstoffbau, entwickelt und liefert Schlüsselkomponenten für Ariane-Trägerraketen und Luft- und Raumfahrzeuge.

Zu den breit gefächerten Anforderungen von Weltraummissionen zählen leistungsfähige Werkstoffe für Strukturen, Treibstofftanks und Antriebssysteme, leichte, entfaltbare und aufblasbare Strukturen für die Infrastruktur bemannter und unbemannter Missionen sowie Systeme wie Antennen und Ausleger, die im All entfaltet werden, um Startmasse und -volumen zu optimieren. Dies bringt auch verschiedene Anforderungen an die verwendeten Materialien selbst mit sich; so müssen sie etwa unter den harten Bedingungen des Weltraums dauerhaft funktionsfähig sein.

Um dies voranzutreiben, entwickeln Wissenschaftler und Ingenieure intelligentere Materialien und Komponenten, für effizientere Geräte und Systeme für den Einsatz im Weltraum. Die Beherrschung der Methoden, die zu neuen und besseren Materialien führen, erfordert detaillierte Kenntnisse ihrer Struktur auf atomarer oder molekularer Ebene. Da die am ILL erzeugten Neutronen zerstörungsfrei tief in Materie eindringen können, sind sie ideal für die Untersuchung der meisten Materialien. Die hochenergetische Synchrotronstrahlung der ESRF ist ebenfalls zerstörungsfrei und kann tiefer in Materialien eindringen als Strahlung üblicher laborbasierter Röntgenquellen. Sie liefert Strukturinformationen auf atomarer bis Mikrometer-Skala, indem sie sich verschiedener Techniken bedient, etwa in-situ Mikro- und Nano-Computertomographie (CT).

Gemeinsam werden die Partner an Prototypen die Fertigung mit neuen Werkstoffen untersuchen, angefangen von Multiparameter-Studien bis hin zu Qualifikationsmodellen für Tests und Flugzulassung. Ohne die Erkenntnisse aus den tief in Materialien eindringenden Techniken von ESRF und ILL müssten viele dieser Qualifikationsschritte wiederholend getestet werden, was sowohl Zeit als auch Ressourcen bindet. Durch die Zusammenarbeit mit ILL und ESRF erhalten die OHB System AG und die MT Aerospace AG Zugang zu zerstörungsfreien Untersuchungsmethoden (Non-Destructive Investigation, NDI), die die Untersuchung großer, komplexer Teile wie Halterungen, Ventile, Tanks und Strukturen auf der einen sowie elektronische Bauteile und Leiterplatten auf der anderen Seite ermöglichen.

Die Zusammenarbeit mit ILL und ESRF ist ein wichtiger Eckpfeiler für wettbewerbsfähige Fertigungstechnologien

Roland Schneider, Vice President und Leiter Technologieprogramme der MT Aerospace AG

„Europa betreibt das leistungsfähigste Netzwerk von Forschungsinfrastrukturen für Materialwissenschaften, darunter seine weltweit führenden Flaggschiffe ESRF und ILL, um Materie mit Röntgenstrahlen und Neutronen zu untersuchen. Dass die europäische Raumfahrtindustrie diese Instrumente nun für ihre Entwicklungen nutzen kann, stärkt in diesem Technologiesektor die europäische Wettbewerbsfähigkeit. Die Vereinbarung mit der OHB System AG und MT Aerospace AG legt hierbei den Grundstein für den weiteren Fortschritt", sagt Professor Helmut Schober, Direktor des ILL.

„Für einen Satellitenhersteller ist es unabdingbar, permanent neue Konzepte, neue Systeme und Prozesse zu entwickeln. Der Einsatz neuer Werkstoffe und entsprechender Fertigungsprozesse sind wichtige Hebel, um Leistung, Zuverlässigkeit oder Kosteneffizienz unserer Raumfahrtprodukte zu verbessern. Da die Qualitätsanforderungen an unsere Produkte so anspruchsvoll sind, spielt die Überprüfung der Materialqualität in allen Schritten der Implementierung von Systemen für den Einsatz im Weltraum eine immer wichtigere Rolle. Die neuen Methoden und Technologien, die von unseren wissenschaftlichen Partnern entwickelt wurden, werden uns helfen, an der Spitze der Satellitentechnologie und -systeme zu bleiben", sagt Andreas Lindenthal, COO der OHB System AG.

„Die Zusammenarbeit mit ILL und ESRF ist ein wichtiger Eckpfeiler unserer Entwicklungsarbeit für wettbewerbsfähige Fertigungstechnologien. Die Vereinbarung ermöglicht eine höchst effektive und innovative Zusammenarbeit zwischen Raumfahrtingenieuren und Forschern bei zukünftigen Entwicklungsprojekten. Neutronen und Synchrotronstrahlung eröffnen hervorragende Untersuchungsmethoden für neue Werkstoffe zur Herstellung von Satelliten und Trägersystemen. Sie vermitteln ein viel besseres Verständnis des Materialverhaltens in Verbindung mit modernen Fertigungsprozessen", ergänzt Roland Schneider, Vice President und Leiter Technologieprogramme der MT Aerospace AG.

Herausforderungen gemeinsam angehen

Mit der Zusammenarbeit bietet ILL der OHB System AG und der MT Aerospace AG einen einzigartigen Zugang zu ihrem Portfolio weltweit führender und hochspezialisierter Neutroneninstrumente und zur Expertise ihrer erfahrenen wissenschaftlichen und technischen Mitarbeiter. Die Einrichtungen am ILL bieten ein großes Spektrum an Probenumgebungen, mit denen die realen Arbeitsbedingungen abgebildet werden können: extreme Temperaturen und Drücke, magnetische Felder und mechanische Belastung. Sie werden daher eine wesentliche Rolle bei der in-operando Analyse der industriellen Prozesse spielen, die für den Fortschritt entscheidend ist. Eine engagierte Gruppe von Ingenieuren und Wissenschaftlern wird bei allen Aspekten des Projekts behilflich sein – von der Definition des Problems über die Datenanalyse bis hin zum Abschlussbericht.

Mit der Unterzeichnung der Absichtserklärung bringen alle Parteien zum Ausdruck, dass sie eine Zusammenarbeit auf dem Gebiet der verbesserten Charakterisierung von Werkstoffen und Herstellungsprozessen für die Luft- und Raumfahrt für friedliche Zwecke in gemeinsam vereinbarten Bereichen beabsichtigen.