Auf der perfekten Welle

Die auf innovative Verbundwerkstoffe in Luft- und Raumfahrt spezialisierte INVENT GmbH aus Braunschweig hat für die Heinrich-Hertz-Satellitenmission im Unterauftrag der OHB System AG Sandwich-Paneele aus Kohlenfaserverbundwerkstoffen (CFK) – kurz Carbon genannt – konfiguriert und gefertigt. „Wir haben unter anderem in den vergangenen 18 Monaten eine Probenkampagne zur Charakterisierung von Bauteilkennwerten und damit für die Verifikation des Satellitenstruktur-Designs durchgeführt und dafür etwa 450 Proben hergestellt, getestet und die Tests ausgewertet“, berichtet Projektleiter Martin Sauerbrey, und ergänzt: „Zudem haben wir 25 CFK-Sandwich-Paneele der Satellitenstruktur angefertigt und ausgeliefert, wobei wir alle Fertigungsschritte und Materialprüfungen inhouse abdecken konnten.“ Zwar hat INVENT vergleichbare CFK-Strukturpaneele auch für andere Raumfahrtmissionen wie die ESA-Mission ExoMars TGO und das Erdbeobachtungsinstrument Sentinel-4 gebaut, allerdings war bei der Heinrich-Hertz-Mission der Zeitplan sehr ehrgeizig, erläutert Projektingenieurin Julia Guerrero Santafe: „Während unsere ersten Bauteile bereits in die Satellitenstruktur integriert wurden, hatten wir mit der Fertigung anderer Komponenten gerade erst begonnen. Der Aufbau des Satelliten lief also eng abgestimmt und Hand-in-Hand mit unserem Kunden OHB.“

Außerdem fertigte INVENT einen neuartigen Antennen-Reflektor (H2KAR) für den Mitflug als Technologiebeistellung auf dem Heinrich-Hertz-Satelliten. Der elliptische Reflektor ist aus einem optimierten CFK-Verbund gefertigt und etwa einen Meter im Durchmesser. Die Gesamtkonstruktion wiegt etwa fünf Kilogramm und umfasst außerdem einen Antennenarm sowie verschiedene Sensoren. „Die Ansprüche an Antennenreflektoren sind sehr hoch: sie sollen leicht und kompakt sein, um das Startgewicht niedrig zu halten und wenig Platz in der Trägerrakete einnehmen. Dabei sollen sie gleichzeitig extrem stabil sein und eine hohe thermische sowie elektrische Leitfähigkeit besitzen“, verdeutlicht Christoph Tschepe, Bereichsleiter Raumfahrt bei der INVENT GmbH.

Denn die thermische Leitfähigkeit sorgt für eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Material und damit für eine geringere Verformung der Bauteile, gerade beim Übergang in und aus dem Sonnenschatten heraus, wo hohe Temperaturschwankungen herrschen. Christoph Tschepe: „Die Bauteile dürfen sich dann nicht verziehen, damit die Antenne exakt ausgerichtet bleibt und eine gleichmäßige Leistung erzielt.“

Die elektrische Leitfähigkeit sei hingegen Voraussetzung für eine gute Reflexion der Hochfrequenzstrahlung. Ziel sei gewesen, den Reflektor so zu konstruieren, dass er leichter als vergleichbare Antennen ist und dabei die Hochfrequenzstrahlung genauer bündelt.

Über die Heinrich Hertz-Satellitenmission

Der in Deutschland entwickelte und gebaute Kommunikationssatellit „Heinrich Hertz“ soll 2022 mit einer europäischen Ariane-Trägerrakete ins All starten und die Erde 15 Jahre lang geostationär, also immer von der gleichen Stelle oberhalb der Erde in einer Höhe von etwa 36.000 Kilometern, umkreisen. Neben neuen Technologien, die unter Weltraumbedingungen getestet werden, sollen etwa 20 Experimente aus den Bereichen Kommunikations-, Antennen- und Satellitentechnik an Bord des Satelliten durchgeführt werden. H2KAR ist eine der für den Mitflug ausgewählten Technologie-Beistellungen und wurde in einem Konsortium mit der Firma HPS umgesetzt.

Bei Heinrich Hertz handelt es sich um einen Satelliten auf Basis der SGEO Plattform (Small Geostationary Satellite), einen Kleinsatelliten mit den Abmessungen eines Kleintransporters und einem Gewicht von 3,5 Tonnen. Gefördert wird die Heinrich Hertz-Satellitenmission vom DLR Raumfahrtmanagement mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) in Zusammenarbeit mit dem Bundesministerium der Verteidigung (BMVg). Industrieller Hauptauftragnehmer ist die OHB System AG in Bremen. Namensgeber der Satellitenmission ist der deutsche Physiker Heinrich Rudolf Hertz, der 1886 erstmals elektromagnetische Wellen im freien Raum von einem Sender zu einem Empfänger übertrug und nach dem die Frequenzeinheit „Hertz“ benannt ist.