Additive Fertigung 3D-Druck im Weltraum

Oregons erster Satellit, der im März 2021 in eine niedrige Erdumlaufbahn gebracht wurde, besitzt 3D-gedruckte Komponenten. Die Baugruppen, zu denen auch eine Drehkreuz-Antennenbaugruppe und eine Batteriebaugruppe gehören, erfüllen die Anforderungen, die es dafür benötigt.

Funktionen, die bisher nur für große Satelliten der 100-1000-kg-Klasse verfügbar waren, gibt es jetzt auch für Kleinsatelliten. In jüngster Zeit hat der 3D-Druck insbesondere an Universitäten dazu beigetragen, dies zu beschleunigen. Wie CRP USA berichtet, haben Dutzende von Ländern, Universitäten und Unternehmen auf der ganzen Welt Cubesats gestartet. Auch der Bundesstaat Oregon ist seit kurzem dabei, dank der Portland State Aerospace Society (PSAS), die mit Oresat0 ihr eigenes Cubesat-System gebaut hat, das sich derzeit in einer niedrigen Erdumlaufbahn befindet. Möglich wurde diese Leistung durch die Verwendung von Windform LX 3.0-Verbundmaterial und industriellem 3D-Druck in den wichtigsten Subsystemen.

Oresat

Die PSAS ist ein interdisziplinäres studentisches Raumfahrtprojekt an der Portland State University in Portland, Oregon. Sie stellen Amateurraketen, kleine Flüssigtreibstoff-Raketenmotoren und Cubesat-Nanosatelliten her. Derzeit sind drei Satellitenmissionen in Arbeit. Alle basieren auf dem Oresat-Bus, den sie, so CRP, als kostengünstige „DIY"-Plattform für die Entwicklung und den Bau anbieten. „Oresat verwendet ein Kartenkäfigsystem, das die Wiederverwendung von Karten für verschiedene Missionen von 1U bis 3U Cubesats ermöglicht. Die Karten enthalten alles, was man an Bord eines Cubesats erwarten würde: einen Bordcomputer mit Multiband-Funkgeräten, ein Batteriepaket, einen Star Tracker, einen GPS-Empfänger und die Anfänge eines Lagebestimmungs- und Kontrollsystems (ADCS). An der Außenseite des Aluminiumrahmens sind Solarmodule und ausfahrbare Rundstrahlantennen angebracht", so die PSAS-Mitglieder.

Oresat0 wurde am 15. März 2021 in eine niedrige Erdumlaufbahn gebracht und ist seither erfolgreich in Betrieb. Oresat0.5 wird derzeit für den Flug im Oktober 2023 vorbereitet, und Oresat1 soll Anfang 2024 von der internationalen Raumstation aus gestartet werden.

Einsatz von industriellem 3D-Druck und Windform

Die Portland State Aerospace Society hat es sich zum Ziel gesetzt, durch praktische, interdisziplinäre Projekte im Bereich Systemtechnik Studierende auszubilden. Alles wird von interdisziplinären Studierendenteams entworfen, gebaut und getestet: Maschinenbauingenieure arbeiten an der Struktur, der Thermik und dem CAD, Elektroingenieure entwerfen die Platinen (Standardplatinen mit zwei und vier Lagen) und Informatikstudierende programmieren die Linux-Boxen und Mikrocontroller, die den Cubesat steuern.

Harzbasierter 3D-Druck

Neues 3D-Druck-Verfahren erfolgreich im Weltraum getestet

Bevor die PSAS-Mitglieder Windform LX 3.0 für die Herstellung der Teilsysteme von Oresat0 einsetzten, nutzten sie andere Technologien. „Wir entwarfen und fertigten die Teile vor Ort mit extrem preiswerten FDM-Maschinen, bis wir einen Prototyp entwickelten, der funktionierte. Dann wechselten wir zum SLS-3D-Druck, der sehr gut funktionierte. Aber wir konnten keine SLS-Teile finden, die den extremen Temperaturen standhielten und den Ausgasungsstandards der NASA und ESA entsprachen. Mit Windform LX 3.0 konnten wir die Teile für den 3D-Druck entwerfen, schnell Prototypen auf lokalen Druckern herstellen und dann unsere endgültigen Konstruktions- und Flugeinheiten aus Windform drucken. Windform LX 3.0 kann im Weltraum verwendet werden, und es ist einfach zu verarbeiten".

Das Material ermöglichte dem Team, 3D-Druckverfahren für seine kritischen Subsysteme zu verwenden, einschließlich des Verteilers für seine Dreiband-Drehkreuzantenne. Die Antenne besteht aus drei separaten Antennen (UHF bei 436,5 MHz, L-Band bei 1,265 GHz und L1 bei 1,575 GHz) mit jeweils vier Elementen. Alle zwölf Elemente werden mit Nylon-Monofilament-Leitungen und nur einem einzigen Schmelzwiderstand eingesetzt.

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