FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR KURZZEITDYNAMIK, ERNST-MACH-INSTITUT, EMI

FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR KURZZEITDYNAMIK, ERNST-MACH-INSTITUT, EMI

Geschäftsfeld Raumfahrt — © Fraunhofer EMI

Geschäftsfeld Raumfahrt

Forschung

© Fraunhofer EMI

Forschung

ConstellR – Daten aus dem All für den zielgerichteten Wassereinsatz in der Landwirtschaft

© ConstellR

Durch den stetigen Bevölkerungsanstieg werden bis 2050 schätzungsweise bis zu zehn Milliarden Menschen auf der Erde leben. Laut den Vereinten Nationen (UN) wird die Menschheit dann ungefähr 50 Prozent mehr Nahrung benötigen als heute. Bereits zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist die Ernährungssicherheit durch Dürreperioden, Wasserknappheit, Überschwemmungen und andere Umweltkatastrophen gefährdet. Um dem entgegenzuwirken, ist eine optimierte Bewirtschaftung der verfügbaren Agrarflächen unabdingbar. Das Start-up ConstellR, die erste Ausgründung des Fraunhofer EMI, wird mit Daten aus dem All dabei helfen, die Ressource Wasser zielgerichteter und effizienter einzusetzen.

ERNST auf der Zielgeraden

© Fraunhofer EMI

Das Fraunhofer EMI entwickelt den Nanosatelliten ERNST, um das Potenzial von Kleinsatelliten auf CubeSat-Basis für ambitionierte Erdbeobachtungsaufgaben zu demonstrieren. Nach dem erfolgreichen Test des Ingenieurqualifikationsmodells markierte der Critical-Design-Review den Übergang in die Produktions- und Testphase des Flugmodells des Satelliten, der im Juni 2022 starten soll.

Einsatz kommerzieller »System on a Chip« Designs an Bord von Kleinsatelliten

© Fraunhofer EMI

Kleinsatelliten entwickeln sich in verschiedenen Anwendungsgebieten zunehmend zu ernst zu nehmenden Alternativen zu konventionellen Satellitenplattformen. Durch die Verwendung kommerziell verfügbarer Komponenten ist es möglich, Kleinsatelliten mit leistungsfähiger Hardware zu vergleichsweise geringen Kosten zu entwickeln. Besonders fortschrittlich war der Trend zur Integration verschiedener Elemente eines Mikroprozessorsystems oder sogar mehrerer Mikroprozessoren und Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) auf einen einzigen Chip, einem sogenannten System on a Chip (SoC).

Wärmemanagement für Satelliten

© Fraunhofer EMI

Im Weltraum gibt’s keine Luft: Wärme wird daher vorrangig durch Strahlung aufgenommen und abgegeben. Das ist im Detail komplex, weil jede Komponente eines Satelliten seine Wärme in alle Richtungen abstrahlt. Die Wärme wird daher von allen anderen Komponenten des Satelliten aufgenommen, die Sichtkontakt haben. Das kann zum Problem werden: Viele Komponenten von Satelliten dürfen weder zu heiß noch zu kalt werden, zum Beispiel Batterien, Treibstofftanks und Elektronik. Daher werden Satelliten vor dem Start in Thermal-Vakuum-Kammern getestet, um die Betriebsgrenzen sicherzustellen.

Fragmentierung im Orbit gefährdet Satelliten

© Fraunhofer EMI

Nach 60 Jahren Raumfahrt nimmt die Verschmutzung vielgenutzter Erdumlaufbahnen durch Raumfahrtrückstände kritische Dichten an. Der Großteil dieser als Space Debris bezeichneten Objekte stammt aus Explosionen und Zusammenstößen, wobei letztere sowohl unabsichtliche Kollisionen als auch die geplante Demonstration militärischer Antisatellitenmaßnahmen umfassen.

Militärische Nutzung von Kleinsatelliten

© Fraunhofer EMI

Im Projekt Micro Satellite Military Utility Project Agreement (MSMU PA) im Rahmen des Responsive Space Capability Memorandum of Understanding (RSC MoU) untersucht das Fraunhofer EMI für die Bundeswehr im Team mit neun Partnernationen den militärischen Nutzen von Kleinstsatelliten.

Raumfahrtqualifikation des Nanosatelliten ERNST

© Fraunhofer EMI

Das Fraunhofer EMI entwickelt derzeit den ersten Fraunhofer-Satelliten ERNST. ERNST ist ein 12U- Nanosatellit, der mit einer kryogekühlten Infrarot- nutzlast das Potenzial und die Agilität dieser Satellitenklasse für die Bundeswehr demonstrieren wird.

Neue Ausstattung und Dienstleistungen für die Raumfahrtqualifikation

Das Fraunhofer EMI steht in der Raumfahrtbranche für in Umfang und Qualität außergewöhnliche experimentelle und numerische Simulation von Hypervelocity-Impaktvorgängen, wie sie bei Kollisionen von Space Debris mit Raumfahrtsystemen oder Asteroiden auf planetaren Oberflächen auftreten. Im Rahmen unserer neuen Aktivitäten im Bereich der Kleinsatelliten haben wir unser Testspektrum zur Raumfahrtqualifikation für Komponenten und CubeSats erweitert.

Ein Schatz für die Wissenschaft – Untersuchung des Schutzschilds der ISS

SSRMS mated to Columbus — © Nasa

Seit 2008 befindet sich das Columbus-Modul der Internationalen Raumstation (ISS) im Orbit. Seit dieser Zeit schlagen Teilchen natürlichen und anthropogenen Ursprungs dort ein. Dagegen ist es gut geschützt, denn der Schutzschild wurde am Fraunhofer EMI entwickelt und getestet.

Kleine Einschläge mit großer Wirkung - Wie Mikrometeoroiden empfindliche Satellitensensoren stören können

© NSF/LIGO/Sonoma State University/Aurore Simonnet

Beim Impakt auf ein Raumfahrzeug werden Fragmente ausgeschleudert. Mit der am EMI entwickelten Fragmentverfolgungsmethode können die Eigenschaften dieser Fragmente erstmals detailliert vermessen werden. Ziel ist es, den Einfluss der Weltraumteilchenumgebung auf Bahn und Lage von Satelliten vorherzusagen.

Bildverarbeitung an Bord von Satelliten

© Fraunhofer EMI

Die EMI Data Processing Unit (DPU) ermöglicht diese leistungsfähige Bildverarbeitung an Bord von kleinen Satelliten.

Impakttests auf Schutzschilde für die zukünftige chinesische Raumstation TianGong

© Fraunhofer EMI

Das Fraunhofer EMI untersucht experimentell das Schutzschildkonzept der zukünftigen Raumstation TianGong.

ERNST – Technologieentwicklung für den »New Space«

© Fraunhofer EMI

Mit dem Nanosatelliten ERNST entwickelt das Fraunhofer EMI eine eigene modulare Plattform, um die Leistungsfähigkeit dieser Satellitenklasse zu demonstrieren und ebenfalls die Dynamik des Kleinsatellitenmarkts zu nutzen.

Entfaltbares Bremssegel für Nanosatelliten

© Rocket Lab

Satelliten müssen nach dem Ende ihrer Mission aus der Umlaufbahn entfernt werden. Dazu benötigt ein Satellit eine Vorrichtung für das De-Orbit-Manöver. Ein solches entwickeln wir am Fraunhofer EMI für unseren Nanosatelliten ERNST.

Numerische Untersuchungen von Satellitenkollisionen im Orbit

© Fraunhofer EMI

Weltraummüll bewegt sich mit einer hohen orbitalen Geschwindigkeit und stellt ein zerstörerisches Risiko für Satelliten dar. Zur Gefahrenabschätzung für Raumfahrtmissionen werden Simulationsmethoden zur Erfassung von Weltraummüllmengen angewandt, die auf Ereignisdatenbanken und Abschätzungen basieren. Um ein besseres und realitätsnäheres Verständnis des Risikos zu bekommen, werden am Fraunhofer EMI numerische Methoden zur virtuellen Nachstellung von komplexen Kollisionsereignissen im Orbit entwickelt.

3D-Druck für Satellitentechnik

© Fraunhofer EMI
Numerische Modalanalyse der optischen Bank.

Satellitengestützte Dienstleitungen wie die Wettervorhersage, Navigation oder Kommunikationsanwendungen prägen unser alltägliches Leben. Um die Entwicklung dieser Dienste noch schneller als bisher voranzubringen, stellt der Einsatz von sogenannten Nanosatelliten ein enormes Potenzial dar. Die Nanosatelliten sind zum Teil nicht größer als ein Schuhkarton und können mit deutlich geringeren Kosten und Entwicklungszeiten zu einem schnelleren Innovationszyklus beitragen. Durch die Kostenreduzierung der leistungsfähigen Nanosatelliten werden zudem Satellitenkonstellationen ermöglicht, welche wiederum völlig neue Möglichkeiten in der Erdbeobachtung bieten.