Struktur und Mechanismen

Hauptstruktur

Die Satellitenhauptstruktur des Kleinsatelliten Flying Laptop ist als Hybridstruktur konzipiert. Sie ist aus gefrästen Aluminiumbauteilen und kohlenfaserstoffverstärkte Sandwichstrukturen aufgebaut. Der untere Teil besteht aus Aluminium und bietet dadurch kostengünstige und präzise Fertigung, angepasste Kraftleitungswege und gute thermische Eigenschaften. Im oberen Teil des Satelliten, in dem die optischen Systeme untergebracht sind, werden kohlenfaserstoffverstärkte Sandwichstrukturen eingesetzt. Diese weisen eine geringe Masse, hohe Steifigkeit sowie eine geringe thermische Längenausdehnung auf, so dass die justierte Ausrichtung der Kameras im Satelliten und zueinander gewährleistet ist.

Der Satellit ist in drei Ebenen/Segmente aufgeteilt. Der Startadapter ist am Servicemodul befestigt, auf dem die so genannten Servicekomponenten wie der Bordrechner, die Batterie oder die Energieverteilungseinheit untergebracht sind. Das zweite Segment, das Kernmodul, befindet sich in der Satellitenmitte und beherbergt Systemkomponenten, wie die Reaktionsradeinheit, das Datenkommunikationssystem oder die faseroptische Kreiseleinheit. Das Nutzlastmodul bildet die oberste Ebene der Satellitenhauptstruktur. An diesem Modul sind die Panoramakamera, das optische Kommunikationssystem OSIRIS sowie die beiden optischen Bänke mit dem optischen Kamerasystem MICS und den Sternenkameras befestigt. Um die Ausrichtung der Kamerasysteme zueinander zu gewährleisten, besteht das Nutzlastmodul aus Sandwichstruktur mit quasi-isotrop aufgebauten Deckschichten, deren Faservolumenanteil so gewählt ist, dass ein thermischer Ausdehnungskoeffizient nahe Null in alle Ebenenrichtungen besteht.

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 Verbunden werden die drei Segmente via zweier Schubwandkreuze und durch zwei äußere Schubwände. Das Schubwandkreuz zwischen Service- und Kernmodul besteht wie die beiden Segmente aus gefrästem Aluminium. Die weiteren Schubwände sind aus Sandwichstrukturen aufgebaut, um die Auswirkung der thermischen Verformung auf das Nutzlastmodul weitest gehend zu reduzieren. Verbunden werden Sandwich- und Aluminiumbauteilen durch schwimmende Verbindungselemente, die die auftretenden inneren Verspannungen durch die stark verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten kompensieren. 

Entfaltmechanismus

Aufgrund des begrenzten Einbauraumes in der Rakete müssen die drei Solarpaneele während des Starts an den Satellitenkörper anliegen. Im Orbit werden die beiden äußeren Solarpaneele um 90° entfaltet und spannen mit dem mittleren Paneel eine Ebene auf. Dieser Vorgang wird mit Hilfe des Entfaltmechanismus durchgeführt, der je Paneel aus zwei Scharnieren und zwei Niederhaltern besteht.

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Als Niederhalter bzw. Auslösemechanismus wird ein neuartiger Schmelzdrahtmechanismus verwendet. Der Solarpaneelhaltebolzen wird durch eine geteilte Hülse an den Satellitenkörper gehalten. Diese Hülse wird während des Starts durch eine Schmelzschnur zusammengehalten. Im Orbit wir die Schnurr durch Heizwiderstände geschmolzen, die Hülsenteile werden freigegeben und der Bolzen wird mit Hilfe einer Druckfeder aus der Hülse gezogen, so dass das Solarpaneel durch die vorgespannten Scharniere entfalten kann.

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Die Scharniere sind als Fest- und Losgelenk ausgelegt und durch Schenkelfedern vorgespannt. Ein Dämpfer nimmt Rotationsenergie durch plastische Verformung auf, so dass ein Einschwingen unterbunden wird. Die Paneele werden durch Federvorspannung gehalten. Durch die Verwendung von Kugelgelenke kann das Scharniersystem Achsabweichungen von bis zu 1° ausgleichen.

 

Das gesamte Entfaltsystem besitzt eine Masse von unter 2 kg und eine elektrische Leistung von 64 W für ca. 30 s.

 

 

 

Deorbitmechanismus

Das „Inter-Agency Space Debris Coordination Committee“ der Vereinten Nationen verabschiedete im Jahr 2002 eine Richtlinie zur Vermeidung von Weltraummüll. Diese Richtlinie sieht vor, dass die Betreiber von Objekten im niedrigen Erdorbit dafür Sorge tragen müssen, diese innerhalb von 25 Jahren nach Ende ihrer Lebenszeit so weit abzubremsen, dass sie in die Erdatmosphäre wieder eintreten und verglühen. Durch diese Regelung soll Weltraummüll im niedrigen Erdorbit reduziert und die Gefahr von Kollisionen zwischen Objekten in dieser Region reduziert werden.

Dieser nachhaltige Ansatz soll mit der Flying Laptop Mission verfolgt werden. Dazu ist an Bord des Satelliten ein Deobritmechanismus installiert, der am Missionsende vom Boden oder automatisch aktiviert wird. Dieser entfaltet eine 2,5 x 2,5 m² große ebene Folie, welche den Strömungsquerschitt des Satelliten deutlich vergrößert. Dadurch tritt der Satellit in stärkere Wechselwirkung mit der im Orbit existierenden Restatmosphäre, wird so stärker abgebremst und verliert schneller an Höhe. Die Folienfläche wurde so ausgelegt, dass der Flying Laptop innerhalb von 25 Jahren wieder in die Erdatmosphäre eintritt und dort verglüht.

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Der Deorbitmechanismus ist ein Kaufteil und wurde in Kooperation zwischen der Tohoku Universität, Japan und der Firma Nakaschimada Engineering Works Ltd. entwickelt und gebaut.