Güneş yelkenleri ve fotovoltaik modüllerden, işlevlerini kulağakaçanlardan ve yusufçuklardan kopyalayan konuşlandırılabilir uzay kanatlarına kadar – Alman uzay ajansının 37. parabolik uçuş kampanyası sırasında gerçekleştirilen DLR Kompozit Yapılar ve Uyarlanabilir Sistemler Enstitüsü’nün testleri Havacılık ve Uzay Merkezi (DLR). gemide olanların hepsi “gelişme” ile ilgiliydi.
Roketlerde fazla yer yok. Uzay yolculuğu genellikle fırlatmadan önce kompakt olan ancak yörüngede çok büyük olması gereken işlevsel yüzeyler gerektirir. Bunun örnekleri, ISS’nin fotovoltaik güneş modülleri, iletişim ve toprak izleme için uydular üzerindeki antenler ve gelecekte ayrıca hedefli frenleme için fren yelkenleri ve böylece kullanılmayan uyduların veya güneş siperliklerinin (güneşlikler) hızlandırılmış yeniden girişini sağlar. . Uyduları sürmek için güneş yelkenleri de gelecekte bu tür uygulamaları temsil edebilir.
Ancak bundan önce birçok teknik zorluğun çözülmesi gerekiyor: Örneğin, nakliye için olabildiğince küçük ve hafif olan büyük yelkenleri nasıl elde edersiniz? İnce, hafif direkleri dev uzay kanatları veya fotovoltaik paneller için yeterince dayanıklı kılan nedir? Direk ve uydu arasındaki bağlantı parçaları, üzerlerine etki eden kuvvetleri en iyi şekilde nasıl tutabilir?
Braunschweig DLR Kompozit Yapılar ve Adaptif Sistemler Enstitüsü’nün 23 Temmuz 2021’de Paderborn’dan parabolik uçuşla başlayan beş deneyi, tüm bu soruları ele alıyor. 31 parabolde, araştırmacılar 22 saniye boyunca ağırlıksız kaldılar ve böylece uzaydakine benzer koşullar altında açılım mekanizmalarını gerçekleştirebildiler.
Uzay güneş yelkenleri için karbon fiber direkler için yük testi
DLR, NASA ile birlikte mikrodalga büyüklüğünde bir kutudan basketbol sahası büyüklüğünde bir güneş yelkeni açmanın olanaklarını araştırdı. Yelkenin içi boş, yuvarlanabilen karbon fiber direklerden oluşan X şeklindeki arka yapısı açılır ve aynı zamanda zarı da gerer. DLR bilim adamlarının desteğiyle NASA, bu proje için 16 metre uzunluğunda, geri çekilebilir bir direk tasarladı ve üretti. DLR bunun için uygun sarma ve açma mekanizmasını geliştirmiştir. Ekip, direkleri uzayda ve dolayısıyla ağırlıksız kullanım için tasarladığı için, uzay koşullarında parabolik uçuşta da test edilmeleri gerekiyor. Normal yerçekimi altında, ölü ağırlık dört metre uzunluğundaki direkleri kırmak için yeterli olacaktır.
Earwigs ve yusufçuklardan BionicWingSat’a
Parabolik uçuştaki bir diğer “yolcu”, yine DLR ve NASA tarafından ortaklaşa geliştirilen konuşlandırılabilir bir uzay kanadı olan BionicWingSat’tır. Böcekler, kanatlarını açmak için bireysel elementleri kullanmayan, daha çok bireysel elementlerin birleştiği sistemler olan modeldir. Araştırmacılar, kulağakaçanların oldukça verimli katlanan kanatlarına özellikle hayran kaldılar. Kararlılık açısından yusufçukların sert ve sağlam kanatlarından ilham aldılar. Bilim adamları, bir 3D baskı üretim sürecini kullanarak uzay kanadı yapısını oluşturdular ve ayrıca onu ağırlıksız olarak incelediler. Bu tür kanatların ne kadar iyi açıldığını, ne kadar düz katlanabileceğini ve uydulara hangi kuvvetleri uyguladıklarını test etmek istiyorlar.
Direkler ve uydular arasında daha iyi bağlantı
Elbette direkler ve yelkenler, uzay yolculuğu için konuşlandırılabilir bir yapı inşa etmek için tek başına yeterli değil. Bu nedenle DLR, konuşlandırma kontrol mekanizmalarını sürekli olarak araştırmakta ve geliştirmektedir. Bir yandan, bunlar direklerin kendilerini geliştirmeye yönelik güçlü dürtülerini yönlendirmelidir. Öte yandan, direkleri destek uydusuna sağlam ve güvenli bir şekilde bağlamaları gerekir. Pek çok gelişmenin ardından araştırmacılar, direğin dönme mekanizmasını terk ettiği noktadaki stabilitenin zayıf noktası olduğunu fark ettiler. Ancak en çok kullanılan nokta tam da bu noktadır. DLR, direğin kritik noktada çok farklı şekillerde desteklendiği iki yeni konsept geliştirdi.
Fotovoltaik folyo ile buluşuyor
Uyduların enerji gereksinimleri sürekli artmaktadır. Günümüzde çoğu uzay aracı birincil enerji kaynağı olarak fotovoltaik kullanmaktadır. Daha ağır iyon pillere bir alternatif olarak kullanılabilmeleri için fotovoltaik modüller, özellikle hafif ve istiflenmek üzere kompakt olması gereken daha büyük yüzeyler gerektirir. Geleneksel modüller, fotovoltaik hücrelerle kaplı birçok panelden oluşur. Birbirlerine mafsallarla bağlıdırlar ve uzay taşımacılığı için birbiri üzerine katlanabilirler. Ancak çok büyük modüller için bu tasarım hızla sınırlarına ulaşır. Bilim adamlarının fikri: Fotovoltaik hücreler için taşıyıcı malzeme olarak kalın levhalar yerine ince bir folyo kullanılır. Film, uzay taşımacılığı için silindirik bir çekirdeğe sarılır ve bu nedenle yerden tasarruf etmek için istiflenebilir. Folyoyu yörüngede açabilmek için, ince ve esnek karbon fiber kompozit malzemeden yapılmış, aynı zamanda sarılabilen bir direk, folyoya sarılır. Direk, yalnızca fotovoltaik modülün açılmasına değil, aynı zamanda geri çekilmesine de izin veren bir açma mekanizmasına sahiptir. Bu yeni. Bu şekilde, modüller servis, değiştirme veya yüksek ivme yükleri içeren manevralar için kısmen veya tamamen kurtarılabilir.
Sistem geliştirme için sağlam bağlantılar
Roket yükü kaplamasının altındaki alan çok değerlidir. Kalkıştan önce güneş panelleri veya antenler de yerden tasarruf sağlayacak şekilde kurulmalı ve sabitlenmelidir. Roket fırlatıldıktan ve ayrıldıktan sonra, sabitlemeler serbest bırakılır ve sistemler açılır. Şimdiye kadar, menteşeli bağlantılar sıklıkla kullanılmıştır. Bunlar kavisli, esnek fiberglas şeritlerle değiştirilebilir. Esnek bantların avantajı, tüm fonksiyonların tek bir elemanda birleştirilmesidir: mafsal, yay tahriki ve son konuma geçme. Hiçbir parça birbirine sürtmez. Kayganlık eksikliği veya kötü oturma artık sorun değil. Bu, güçlü sıcaklık dalgalanmalarının olduğu bir vakumda büyük bir avantaj yaratır. Araştırmacılar, yan etkileri ortadan kaldırmak ve daha iyi anlamak için sistemi sıfır yerçekimi altında test ettiler.
Roketlerde fazla yer yok. Uzay yolculuğu genellikle fırlatmadan önce kompakt olan ancak yörüngede çok büyük olması gereken işlevsel yüzeyler gerektirir. Bunun örnekleri, ISS’nin fotovoltaik güneş modülleri, iletişim ve toprak izleme için uydular üzerindeki antenler ve gelecekte ayrıca hedefli frenleme için fren yelkenleri ve böylece kullanılmayan uyduların veya güneş siperliklerinin (güneşlikler) hızlandırılmış yeniden girişini sağlar. . Uyduları sürmek için güneş yelkenleri de gelecekte bu tür uygulamaları temsil edebilir.
Ancak bundan önce birçok teknik zorluğun çözülmesi gerekiyor: Örneğin, nakliye için olabildiğince küçük ve hafif olan büyük yelkenleri nasıl elde edersiniz? İnce, hafif direkleri dev uzay kanatları veya fotovoltaik paneller için yeterince dayanıklı kılan nedir? Direk ve uydu arasındaki bağlantı parçaları, üzerlerine etki eden kuvvetleri en iyi şekilde nasıl tutabilir?
Braunschweig DLR Kompozit Yapılar ve Adaptif Sistemler Enstitüsü’nün 23 Temmuz 2021’de Paderborn’dan parabolik uçuşla başlayan beş deneyi, tüm bu soruları ele alıyor. 31 parabolde, araştırmacılar 22 saniye boyunca ağırlıksız kaldılar ve böylece uzaydakine benzer koşullar altında açılım mekanizmalarını gerçekleştirebildiler.
Uzay güneş yelkenleri için karbon fiber direkler için yük testi
DLR, NASA ile birlikte mikrodalga büyüklüğünde bir kutudan basketbol sahası büyüklüğünde bir güneş yelkeni açmanın olanaklarını araştırdı. Yelkenin içi boş, yuvarlanabilen karbon fiber direklerden oluşan X şeklindeki arka yapısı açılır ve aynı zamanda zarı da gerer. DLR bilim adamlarının desteğiyle NASA, bu proje için 16 metre uzunluğunda, geri çekilebilir bir direk tasarladı ve üretti. DLR bunun için uygun sarma ve açma mekanizmasını geliştirmiştir. Ekip, direkleri uzayda ve dolayısıyla ağırlıksız kullanım için tasarladığı için, uzay koşullarında parabolik uçuşta da test edilmeleri gerekiyor. Normal yerçekimi altında, ölü ağırlık dört metre uzunluğundaki direkleri kırmak için yeterli olacaktır.
Earwigs ve yusufçuklardan BionicWingSat’a
Parabolik uçuştaki bir diğer “yolcu”, yine DLR ve NASA tarafından ortaklaşa geliştirilen konuşlandırılabilir bir uzay kanadı olan BionicWingSat’tır. Böcekler, kanatlarını açmak için bireysel elementleri kullanmayan, daha çok bireysel elementlerin birleştiği sistemler olan modeldir. Araştırmacılar, kulağakaçanların oldukça verimli katlanan kanatlarına özellikle hayran kaldılar. Kararlılık açısından yusufçukların sert ve sağlam kanatlarından ilham aldılar. Bilim adamları, bir 3D baskı üretim sürecini kullanarak uzay kanadı yapısını oluşturdular ve ayrıca onu ağırlıksız olarak incelediler. Bu tür kanatların ne kadar iyi açıldığını, ne kadar düz katlanabileceğini ve uydulara hangi kuvvetleri uyguladıklarını test etmek istiyorlar.
Direkler ve uydular arasında daha iyi bağlantı
Elbette direkler ve yelkenler, uzay yolculuğu için konuşlandırılabilir bir yapı inşa etmek için tek başına yeterli değil. Bu nedenle DLR, konuşlandırma kontrol mekanizmalarını sürekli olarak araştırmakta ve geliştirmektedir. Bir yandan, bunlar direklerin kendilerini geliştirmeye yönelik güçlü dürtülerini yönlendirmelidir. Öte yandan, direkleri destek uydusuna sağlam ve güvenli bir şekilde bağlamaları gerekir. Pek çok gelişmenin ardından araştırmacılar, direğin dönme mekanizmasını terk ettiği noktadaki stabilitenin zayıf noktası olduğunu fark ettiler. Ancak en çok kullanılan nokta tam da bu noktadır. DLR, direğin kritik noktada çok farklı şekillerde desteklendiği iki yeni konsept geliştirdi.
Fotovoltaik folyo ile buluşuyor
Uyduların enerji gereksinimleri sürekli artmaktadır. Günümüzde çoğu uzay aracı birincil enerji kaynağı olarak fotovoltaik kullanmaktadır. Daha ağır iyon pillere bir alternatif olarak kullanılabilmeleri için fotovoltaik modüller, özellikle hafif ve istiflenmek üzere kompakt olması gereken daha büyük yüzeyler gerektirir. Geleneksel modüller, fotovoltaik hücrelerle kaplı birçok panelden oluşur. Birbirlerine mafsallarla bağlıdırlar ve uzay taşımacılığı için birbiri üzerine katlanabilirler. Ancak çok büyük modüller için bu tasarım hızla sınırlarına ulaşır. Bilim adamlarının fikri: Fotovoltaik hücreler için taşıyıcı malzeme olarak kalın levhalar yerine ince bir folyo kullanılır. Film, uzay taşımacılığı için silindirik bir çekirdeğe sarılır ve bu nedenle yerden tasarruf etmek için istiflenebilir. Folyoyu yörüngede açabilmek için, ince ve esnek karbon fiber kompozit malzemeden yapılmış, aynı zamanda sarılabilen bir direk, folyoya sarılır. Direk, yalnızca fotovoltaik modülün açılmasına değil, aynı zamanda geri çekilmesine de izin veren bir açma mekanizmasına sahiptir. Bu yeni. Bu şekilde, modüller servis, değiştirme veya yüksek ivme yükleri içeren manevralar için kısmen veya tamamen kurtarılabilir.
Sistem geliştirme için sağlam bağlantılar
Roket yükü kaplamasının altındaki alan çok değerlidir. Kalkıştan önce güneş panelleri veya antenler de yerden tasarruf sağlayacak şekilde kurulmalı ve sabitlenmelidir. Roket fırlatıldıktan ve ayrıldıktan sonra, sabitlemeler serbest bırakılır ve sistemler açılır. Şimdiye kadar, menteşeli bağlantılar sıklıkla kullanılmıştır. Bunlar kavisli, esnek fiberglas şeritlerle değiştirilebilir. Esnek bantların avantajı, tüm fonksiyonların tek bir elemanda birleştirilmesidir: mafsal, yay tahriki ve son konuma geçme. Hiçbir parça birbirine sürtmez. Kayganlık eksikliği veya kötü oturma artık sorun değil. Bu, güçlü sıcaklık dalgalanmalarının olduğu bir vakumda büyük bir avantaj yaratır. Araştırmacılar, yan etkileri ortadan kaldırmak ve daha iyi anlamak için sistemi sıfır yerçekimi altında test ettiler.