Antennenspezialist HPS erobert mit Verifizierung innovativer 3D-Fertigung Neuland der RF-Anwendungen
Mittlerweile sind sich auch ehemals sehr skeptische Auguren der Raumfahrt einig, wesentlichen Einfluss auf den Verlauf der künftigen Entwicklung von anwendbaren Technologien wird vor allem die Fähigkeit zur weitgehend automatisierten Produktion von Leichtgewichtbauteilen in Serie bei gleichzeitiger Minimierung von Rohstoffen und höchster Zuverlässigkeit haben.
Zentrale Voraussetzung für die Umsetzung solcher Visionen ist jedoch weiterhin eine sehr klassische Step-by-Step-Verifizierung, in diesem Falle zweier von den HPS-Ingenieuren ausgewählter Materialien anhand der neuen ESA-Norm ECSS-Q-ST-70-80C.
Die europäische und die deutsche Raumfahrtagentur haben angesichts des Zukunftspotentials solcher Technologie ein vorrangiges Interesse am Erfolg der Forschung bei HPS und stellten die GSTP-Finanzierung für das Projekt 3DPAN2 bereit: „3D-Printed Antenna 2“ ist ein Nachfolger-Projekt des vor 5 Jahren abgeschlossenen Projektes 3DPAN, mit dem zunächst die prinzipielle Machbarkeit von 3D-gedruckten RF-Bauteilen gezeigt wurde.
Produktziel war eine extrem leichte X-Band Antenne mit einem Durchmesser von ~30cm für den Daten-Downlink von Erdbeobachtungssatelliten. Hergestellt wurde sie schließlich aus der Aluminium-Legierung SCALMALLOY beim Sub-Contractor APWORKS GmbH in Ottobrunn. Zudem wurde für ausklappbare Antennen ein filigranes Feed Support Bracket aus Titan vom langjährigen HPS-Vertrauenspartner, dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Dresden, als Subunternehmen gefertigt.
Die jeweiligen Designs und FE-Analysen, sowie deren iterative Optimierung wurde derweil durch HPS in München selbst durchgeführt.
Die abschließenden Tests lieferten über alle Erwartungen positive Ergebnisse. Dies galt insbesondere für die RF-Performanz der X-Band Antenne in der Compensated Compact Range (Munich University of Applied Science MUAS). Auch die Beständigkeit gegen Vibration (Sinus + Random) wurde für beide Demonstratoren bei der Firma SGS GmbH, Geretsried, erfolgreich nachgewiesen: auch hier lief alles ohne Komplikationen ab, also vor allem ohne Beschädigungen oder Verformungen. Selbst ein abschließender TVAC-Test (10 Zyklen zwischen +120°C und – 120°C) zeigte keinerlei Risse oder Verformungen an den Demonstratoren.
Das Fazit des Projektes formulierte Olaf Stolz als zuständiger Projektmanager von HPS so: „Die Ziele der Verifikationsprozesse konnten ohne Einschränkungen umgesetzt werden: die additiv gefertigten Demonstratoren waren 20% bzw. 25% leichter als entsprechende konventionell gefertigte Bauteile – ein bekanntermaßen enormer Vorteil in der Raumfahrt. Dabei kam es zu keinerlei Einschränkungen der Qualifizierung für Raumfahrtanwendungen. Unser Dank gilt den Kooperationspartnern, besonders Frau Dr. Samira Gruber (Fraunhofer IWS) und Herrn Nicklas Schwab (APWORKS) für die extrem gute und erfolgreiche Zusammenarbeit in dem Projekt, sowie bei der ESA, namentlich Frau Isabel Olaya Leon, Technical Officer des Projektes 3DPAN2“.
HPS-CEO Ernst K. Pfeiffer freut sich: „Es ist fantastisch, schon jetzt werden bei uns in aktuell laufenden Flugprojekten 3D-Druck-Bauteile mit den Technologieergebnissen des ESA-GSTP-Programmes umgesetzt. Ein von uns vor 8 Jahren anvisiertes und für den Zukunftsmarkt essentielles Ziel ist jetzt damit erreicht.“
Antennenfertigung in Serie
Die Münchner Raumfahrtschmiede HPS ist seit über 20 Jahren dafür bekannt, wo immer möglich neue Wege zu gehen und mit Innovationen aller Art eine immer festere Brücke zwischen ClassicSpace und CommercialSpace zu etablieren. Dies gilt für Produkte wie beispielsweise entfaltbare Antennen aller Größen bis hin zu Prozessen wie etwa zur Serienfertigung der Produktfamilie von Deorbit-Segelmodulen (ADEO).
Mit der Umsetzung einer weiteren Prozessinnovation realisiert HPS nun auch im Antennenbereich neue Effizienzhorizonte; denn ein kommerzieller Kunde hat es eilig: über 20 Breitband Antennen werden benötigt, und das in einem Zeitraum von nur 12 Monaten, Start JETZT. Zwar ist HPS schon aus einer Vielzahl von erfolgreich erfüllten Antennenaufträgen – ob nun aus dem institutionellen oder dem kommerziellen Bereich – für die von den Kunden geschätzte Routine der Qualitätsherstellung auf gleichbleibend hohem Niveau bekannt. Doch nun läutet das Unternehmen mit der anlaufenden Kleinserienfertigung eine weitere
Entwicklungsstufe ein, die Qualitätsmerkmale von konventioneller und neuer Raumfahrt miteinander zu etwas Neuem und dabei noch Besserem zu verschmelzen. Und das trotz allen Hochdrucks mit der Kraft, die aus der Ruhe kommt.
