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Erfolgreicher Test des Ballon-Aufblassystems im Rahmen der Vorbereitung der MIRIAM-2 Weltraummission der MSD

Als Vorbereitung für den für November 2016 geplanten Weltraumtest MIRIAM-2 wurde am 29. Mai 2015 das Aufblassystem für den 4-m Ballon erfolgreich einem Vibrationstest nach Raumfahrtstandards ausgesetzt, der die bei dem Start durch die Rakete auftretenden Vibrationen simuliert. Das Aufblassystem wurde in voll funktionsfähigem Zustand getestet mit auf 196 bar befüllten Heliumtanks. Nach dem erfolgreichen Abschluss dieser Tests ist das Aufblassystem für den im November 2016 geplanten Raumflug von MIRIAM-2 qualifiziert.

Das Aufblassystem wurde vom „MIRIAM-2 Nordteam“ des Wasser- und Schifffahrtsamts Uelzen in seiner Lehrwerkstatt in Scharnebeck bei Lüneburg gebaut. Das Team unterstützt das Münchener MIRIAM-2 Team seit 2011 und hat bereits das für den Ballonbau unentbehrliche Schweißgerät für das Verschweißen der einzelnen Ballonbahnen entwickelt.

Das Aufblassystem besteht aus den Tanks mit dem Heliumgas für den Ballon, den elektronisch gesteuerten Ballon-Aufblasventilen, dem Füllventil für die Tanks und der hierfür erforderlichen Struktur, Verrohrung und Verdrahtung. Da die Ventile während der Antriebsphase der Rakete nicht betätigt werden, wurde die elektronische Ansteuerung der Ballon-Aufblasventile für den komplizierten Aufblasprozess nach Beendigung aller Tests separat getestet.

Der Test wurde auf einem Shaker der Testanlagen des Instituts für Leichtbau LRT-06 (Prof. Rapp) der Universität der Bundeswehr durchgeführt und bestand aus jeweils einem Testlauf mit sinusförmiger und breitbandiger („random noise“) Belastung in jeder der drei Achsen. 

Mit dem Test wurde nachgewiesen, dass das Aufblassystem mit voll gefüllten Tanks und geschlossenen Ventilen nach den Tests unbeschädigt und noch voll funktionsfähig ist. Hierfür wurde das Aufblassystem mit zahlreichen Sensoren ausgerüstet, mit denen die während der Tests auftretenden Vibrationen gemessen wurden. Nach jedem Testlauf und nach Beendigung des gesamten Tests wurde außerdem die Druckhaltigkeit des Aufblassystems gemessen. So kann festgestellt werden, ob sich zum Beispiel unter Vibrationsbelastung die Ventile geöffnet haben oder die Verrohrung unter Belastung undicht wird.

Zusätzlich wurde nach Abschluss aller Tests die Füllung des Ballons mit Heliumgas simuliert und damit die Funktionsfähigkeit des Ballon-Aufblassystems nach der Belastung durch die Tests verifiziert. Hierfür wurden die beiden Ballon-Aufblasventile nacheinander so angesteuert, wie es im Flug vorgesehen ist, allerdings ohne den Ballon selbst anzuschließen. Auch dieser Test verlief erfolgreich.

Anmerkung: das komplette Ballonsystem, bestehend aus dem Ballon, dem Aufblassystem und der elektronischen Ansteuerung wird über einen Gesamtsystemtest in der Thermal-Vakuumkammer der IABG unter Weltraumbedingungen qualifiziert.

Auslegung der Tests und Anforderungen an das Aufblassystem.

Das Aufblassystem muss für die im Flug tatsächlich auftretenden Belastungen ausgelegt werden. Die sind bei einem Flug auf einer Höhenforschungsrakete, wie sie die DLR-MoRaBa für MIRIAM-2 verwendet, besonders hoch, da dafür ausgemusterte –und damit billige oder sogar kostenlos verfügbare- Feststoffraketen verwendet werden, wie sie zum Beispiel in Flugzeug-Abwehrsystemen zum Einsatz kommen. Solche Raketen erzeugen jedoch kurzzeitig anwendungsbedingt sehr hohe Beschleunigungen und Vibrationen, die wesentlich höher sind als für Satelliten, die mit ARIANE 5 oder Soyuz in den Weltraum befördert werden. So betrug zum Beispiel die Antriebsphase der Rakete für die MIRIAM-1 Mission im Oktober 2008 für das Erreichen einer Missionshöhe von 175 km unter 10 Sekunden, wobei Beschleunigungen über 15 g, dem 15-fachen der Erdbeschleunigung auftraten!

Die DLR-MoRaBa hat sich auf die Verwendung solcher Raketen spezialisiert, die sie für ihre Zwecke anpasst. Die im Flug auftretenden Belastungen wurden von DLR-MoRaBa genau analysiert und entsprechende Vorgaben für die Vibrations- und Beschleunigungsbelastungen festgelegt, die der Schütteltisch auf das Testobjekt ausüben muss einschließlich eines Sicherheitsaufschlags. 

Als Beispiel ist hier der Sinustest angeführt. Um die spezifizierten Belastungen aushalten zu können, muss das Aufblassystem deshalb sehr robust konstruiert werden, wie aus den Fotos zu erkennen ist.

Damit hat das MIRIAM-2 Team eine wichtige Etappe hin zu dem für den November 2016 geplanten Weltraumtest hinter sich gebracht.

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