Enabling Space Technology

Transkript

1 Enabling Space Technology

2

3 Das Weltall ist unser Zuhause Wann immer Europas Trägerrakete Ariane 5 vom Weltraumbahnhof Kourou, Französisch Guyana, in den Weltraum startet: Schweizer Technologie ist mit an Bord. Die «Spitze» der Rakete die so genannte Nutzlastverkleidung kommt von Oerlikon Space aus Zürich. Oerlikon Space ist das führende Schweizer Raumfahrtunternehmen. Nutzlastverkleidungen für Trägerraketen sind ein herausragendes Beispiel für die Raumfahrtsysteme und High-Tech-Komponenten, die mehr als 360 Mitarbeiter bei Oerlikon Space entwickeln, bauen und testen. Unter dem früheren Firmennamen Contraves hat Oerlikon Space die Raumfahrtprogramme der europäischen Weltraumagentur ESA von der ersten Stunde an mitgeprägt startete ESRO-1, der erste westeuropäische Satellit die Struktur lieferte die heutige Oerlikon Space. Von Oerlikon kamen ebenso die Ausleger für Messinstrumente, die Lageregelung und die Thermalkontrolle. Dutzende weiterer Satellitenstrukturen haben seitdem die Reise aus Zürich ins Weltall angetreten. Auch heute, vier Jahrzehnte nach dem Start von ESRO-1, bilden die ESA- Programme die Grundlage für den wissenschaftlichen, technologischen und kommerziellen Erfolg der europäischen Raumfahrt. Die Möglichkeiten und Chancen, welche die Raumfahrt für die Wissenschaft und für das alltägliche Leben bietet, haben in den 40 Jahren seit ESRO-1 neue Dimensionen erreicht. Heute blicken Weltraumteleskope tief ins All, zurück zu den Anfängen des Universums. Wissenschaftliche Raumsonden erforschen Planeten und Kometen unseres Sonnensystems. Als ständig bewohntes Forschungslabor im All umrundet die Internationale Raumstation ISS die Erde in 400 km Höhe. Die Ingenieure von Oerlikon Space tragen dazu bei, die Erkundung des Weltraums möglich zu machen. Sie fertigen extrem leichte und feste Strukturen, wie die für das europäische Weltraumteleskop Planck, das ab 2009 die kosmische Hintergrundstrahlung erforschen wird, oder für den unbemannten europäischen Raumtransporter ATV. Oerlikon-Ingenieure entwickeln hoch präzise Mechanismen, beispielsweise das Chassis und Antriebssystem für den Rover, den die ESA im Jahr 2015 auf dem Mars absetzen wird. Und sie bauen wissenschaftliche Instrumente, wie das Massenspektrometer an Bord der Kometensonde Rosetta, die derzeit auf einer zehnjährigen Reise zum Kometen Tschurjumow-Gerasimenko unterwegs ist. Längst ist die Raumfahrt nicht mehr nur der Wissenschaft vorbehalten, sie hat Einzug in den Alltag der Menschen gehalten. Telekommunikationssatelliten ermöglichen die schnelle und effiziente Übertragung von Fernsehbildern, Daten oder Telefongesprächen rund um den Globus. Navigationssatelliten helfen uns, im Auto den Weg zu finden. Satelliten liefern Daten für die Wettervorhersage, für die Klima- und Umweltforschung, für die Katastrophenhilfe und für mehr Sicherheit. Mit an Bord ist oftmals Technologie von Oerlikon Space: Unsere Strukturen bilden das Gerüst, auf dem diese Satelliten aufgebaut werden. Und unsere Mechanismen sorgen für die präzise Ausrichtung von Antennen, Solargeneratoren oder Instrumenten. Die Raumfahrt ist ein Industriezweig mit enormem Innovationspotenzial. Technologien, die in der Raumfahrt entstehen, lassen sich in vielen Fällen auch in anderen Bereichen nutzen, beispielsweise die sehr leichten, gleichzeitig aber extrem stabilen Strukturen aus Kohlefaser-Verbundstoffen, die inzwischen unter anderem in Flugzeugen zu finden sind und auch im Automobilbau auf wachsendes Interesse stossen. Oder die Datenübertragung mittels Licht, die es ermöglicht, im gleichen Zeitraum wesentlich mehr Daten zu übertragen als mit konventionellen Methoden. Mit unseren Ideen, unseren Entwicklungen und unseren Produkten schieben wir die Grenzen des technisch Machbaren Tag für Tag ein bisschen weiter hinaus. Das Weltall ist unser Zuhause! Links: Start einer Ariane 5 vom Weltraumbahnhof in Kourou. Foto: ESA /Arianespace Titelseite: CAD-Zeichnung der Struktur für das Antriebsmodul des europäischen Raumtransporters ATV

4

5 Der Kopf für die Ariane 5... Oerlikon Space ist Weltmarktführer für Nutzlastverkleidungen (Fairings) in Composite-Technologie. An der Spitze einer Trägerrakete schützt die Nutzlastverkleidung die Satelliten beim Start und sorgt ausserdem für die aerodynamische Form der Rakete. Nach einer Flugzeit von knapp zwei Minuten wird die Fairing in rund 110 km Höhe abgesprengt. Oerlikon Space liefert die Nutzlastverkleidungen für die europäische Trägerrakete Ariane 5 und die US-amerikanische Atlas V. Auch die Fairing für Europas neue kleinere Trägerrakete Vega wird von Oerlikon kommen. Insgesamt sind die Nutzlastverkleidungen aus der Schweiz bei mehr als 185 Raketenstarts eingesetzt worden. Nie hat dabei eine Oerlikon-Fairing versagt. Zwar müssen die Nutzlastverkleidungen beim Raketenstart enormen Belastungen standhalten, dennoch sollen sie so leicht wie möglich sein. Jedes Gramm Gewicht, das an der Rakete eingespart werden kann, erhöht die Nutzlastkapazität. Oerlikon Space stellt die Fairings deshalb aus sehr leichten und gleichzeitig extrem stabilen Composite-Elementen her. Diese 2 bis 3 cm dicken Schalenelemente bestehen aus einem Aluminium- Wabenkern mit Aussenlagen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff. Die grossen Nutzlastverkleidungen von Oerlikon Space haben einen Durchmesser von 5,4 m und sind bis zu 26 m lang die 17 m lange Fairing für die Ariane 5 wiegt nur knapp drei Tonnen....und das Rückgrat für Europas Satelliten Seit rund 40 Jahren entwickelt und baut Oerlikon Space Satellitenstrukturen. Die Mehrheit der Satelliten der Europäischen Raumfahrtagentur ESA ist mit Strukturen von Oerlikon Space ausgestattet, die je nach Anforderung aus Metall, Composite oder in Hybrid-Technologie hergestellt werden. Die Anforderungen, die der Einsatz im Weltall an diese Strukturen stellt, sind enorm. Sie müssen nicht nur den hohen mechanischen Belastungen beim Start standhalten, sondern auch den extremen Temperaturschwankungen von mehr als 100 Grad Celsius gewachsen sein, denen ein Satellit auf seiner Umlaufbahn ausgesetzt ist. Besonders, wenn die Satellitennutzlast aus wissenschaftlichen Messinstrumenten besteht, müssen die Strukturen höchste Thermalstabilität aufweisen. Ein eindrucksvolles Beispiel dafür ist die von Oerlikon Space gebaute Struktur für das Weltraum-Teleskop Planck zur Erforschung der kosmischen Hintergrundstrahlung. Obwohl das Teleskop bei einer eisigen Temperatur von etwa 240 Grad Celsius operiert, darf die Struktur sich nur im Bereich von wenigen Mikrometern verformen. Von Oerlikon Space kommt auch die Struktur für das Antriebsmodul des unbemannten europäischen Raumtransporters ATV (Automated Transfer Vehicle). Das ATV versorgt die Internationale Raumstation ISS mit Wasser, Nahrung, Treibstoff und wissenschaftlichen Experimenten. Die zylindrische Aluminiumstruktur umfasst alle Elemente für die Unterbringung des Antriebssystems und der Flugsteuerung (Avionik). Dazu gehört auch eine Ummantelung, die den Raumtransporter vor dem Einschlag kleiner Meteoriten oder Weltraumschrott schützt. Integration der Struktur für das Weltraumteleskop Planck

6

7 Schweizer Präzisionsmechanik für den Roten... Mitte des kommenden Jahrzehnts will die ESA im Rahmen ihrer Mission ExoMars einen fahrenden Forschungsroboter auf dem Mars absetzen. Dieser so genannte Rover soll auf dem Roten Planeten Bodenproben nehmen und nach Spuren von Leben suchen. In Zusammenarbeit mit der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich entwickelt Oerlikon Space das Chassis und das Fortbewegungssystem für diesen Mars Rover. Der Mars Rover ist nur ein Beispiel für eine Vielzahl unterschiedlicher Präzisionsmechanismen, die bei Oerlikon Space entwickelt und gebaut werden. Eine besondere Spezialität von Oerlikon sind extrem präzise Antriebsmechanismen für die Entfaltung und Ausrichtung von Solargeneratoren, Antennen und Instrumenten. Bei den Ausrichtmechanismen für Solargeneratoren (Solar Array Drive Mechanisms SADM) nimmt Oerlikon Space weltweit eine Spitzenposition ein. Die Produktpalette umfasst SADMs für alle Arten von Satelliten vom Mikrosatelliten bis zu den grössten Plattformen für Telekommunikation und Erdbeobachtung. Die Präzisionsmechanismen von Oerlikon Space haben zu den Erfolgsgeschichten vieler anspruchsvoller Raumfahrtmissionen beigetragen beispielsweise zu der von Hubble. Oerlikon Space hat den Entfaltungsmechanismus für die ersten Solargeneratoren des legendären Weltraumteleskops gefertigt. Und auch an der bisher aufwändigsten Deep Space Mission der Raumfahrtgeschichte haben Oerlikon-Mechanismen mitgewirkt, am europäisch-amerikanischen Gemeinschaftsprojekt Cassini/ Huygens zur Erkundung des Saturn- Systems. Oerlikon Space war für den Mechanismus verantwortlich, der die Landesonde Huygens vom «Mutterschiff» Cassini abgetrennt hat. Später trennte dieser Mechanismus auch den Hitzeschild und die Abdeckung von Huygens ab, bevor die Sonde auf der Oberfläche des Saturn-Mondes Titan landete....und für den Blauen Planeten Die Erfahrungen, die Oerlikon Space beim Bau von Präzisionsmechanismen für die Raumfahrt erworben hat, sind auch für irdische Anwendungen von Nutzen beispielsweise bei der Fertigung von Mikrochips. Auch hier ist höchste Präzision gefragt, wenn es darum geht, die Leiterbahnen mit dem Verfahren der EUV-Lithographie auf das Trägersubstrat zu belichten. Für dieses Verfahren hat Oerlikon Space einen speziellen wartungsfreien Blendenmechanismus mit unbeschränkter Lebensdauer entwickelt. Vakuum und Oberflächenreinheit sind Produktions- anforderungen, die in der Raumfahrt zum Alltag gehören. So ist es kein Zufall, dass die Halbleiterindustrie Oerlikon Space bei der Entwicklung und Fertigung dieser anspruchsvollen Mechanismen vertraut. Computerdarstellung des ExoMars Rovers beim Bohren in die Marsoberfläche. Bild: ESA

8 Integration eines Spektrometers für den Windforschungs-Satelliten ADM-Aeolus Technologie für die Wissenschaft im All... Die Entwicklung wissenschaftlicher Instrumente und Experimente für den Einsatz im Weltraum erfordert interdisziplinäres Wissen und viel technologisches Know-how, denn Wissenschaft im All bewegt sich fast immer an der Grenze des technisch Machbaren. In zahlreichen Kooperationsprojekten mit Instituten und Universitäten in der Schweiz und im Ausland haben die Ingenieure von Oerlikon Space die Kenntnisse erworben, um einige der ausgefeiltesten Weltrauminstrumente überhaupt zu entwickeln und zu bauen. In Kooperation mit der Universität Bern beispielsweise hat Oerlikon ein Spektrometer gebaut, das sich seit März 2004 an Bord der Raumsonde Rosetta auf der Reise zum Kometen 67P/Tschurjumow- Gerasimenko befindet soll Rosetta in eine Umlaufbahn um den Kometen einschwenken. Dann wird das von Oerlikon gebaute Instrument die Zusammensetzung der dünnen Kometenatmosphäre erforschen. Zwei Spektrometer von Oerlikon Space werden an Bord des ESA-Windforschungssatelliten ADM-Aeolus ab 2010 zur Untersuchung der globalen Luftströmungen beitragen. Die Daten von ADM-Aeolus sollen vor allem der mittelfristigen Wettervorhersage sowie der Klimaforschung zugute kommen.

9 ...und für den Alltag auf der Erde Die Datenübertragung mittels Laserstrahlen ist eine Technologie mit enormem Zukunftspotenzial. Die Ingenieure von Oerlikon Space forschen und entwickeln bereits seit Mitte der 90er-Jahre auf dem Gebiet der lasergestützten Kommunikation in der Raumfahrt. Heute kann Oerlikon Space seinen Kunden ausgereifte Lösungen für die Breitbandkommunikation mit Laserterminals anbieten. Die Datenübertragung über Licht bietet gegenüber Funkverbindungen eine Reihe von Vorteilen. Aufgrund der kürzeren Wellenlänge lassen sich in der gleichen Zeit mehr Daten übertragen. Gleichzeitig ist der Laserstrahl störsicherer und kann wesentlich präziser auf den Empfänger ausgerichtet werden als ein Funksignal. Die Nutzlasten für die optische Kommunikation sind bei gleicher Performance wesentlich kleiner und leichter als konventionelle Nutzlasten ein enormer Vorteil an Bord von Satelliten, wo jedes Gramm zählt. Gemeinsam mit dem deutschen Raumfahrtkonzern OHB und der Swedish Space Corporation entwickelt Oerlikon Space derzeit eine neue Plattform für einen kleinen geostationären Telekommunikationssatelliten den Small GeoSat. Der Small GeoSat wird bis zu 300 Kilogramm schwere Nutzlasten tragen und diese mit einer elektrischen Leistung von maximal 3 kw versorgen können. Interessant ist der Small GeoSat vor allem für kleinere Satellitenbetreiber und für hoheitliche Aufgaben. Aber auch die Global Player im Telekommunikationssatelliten-Geschäft finden im Small GeoSat eine attraktive Möglichkeit, ihre Kapazitäten an wichtigen Positionen im geostationären Orbit zu ergänzen. Der erste Small GeoSat soll 2011 gestartet werden. Als Kernmitglied des Entwicklungskonsortiums liefert Oerlikon Space für den kleinen Kommunikationssatelliten unter anderem Struktur und Mechanismen. CAD-Zeichnung des Small GeoSat

10 Innovative Lösungen aus einer Hand Die Produkte und Dienstleistungen, die Oerlikon Space anbietet, zeichnen sich durch eine hohe eigene Wertschöpfungstiefe aus. Wir bieten unseren Kunden komplette Lösungen aus einer Hand. Unsere Kompetenzen umfassen alle wesentlichen Aspekte eines Raumfahrtprojektes von der Missionsanalyse über Systems Engineering und Projektmanagement, Ingenieurdienstleistungen, Fertigung, Montage und Integration bis hin zum Test und zur Unterstützung am Startplatz. Mit mehr als 360 Mitarbeitern und einem Jahresumsatz von über 100 Millionen Schweizer Franken bietet Oerlikon Space seinen Kunden die Vorteile eines mittelständischen Unternehmens: Flexibilität, schlanke Kostenstruktur, klare Ansprechpartner und ein hohes Mass an Kundenorientierung. Als Business Unit der OC Oerlikon AG verfügt Oerlikon Space gleichzeitig über die Power eines global agierenden High- Tech-Konzerns. Mit etwa Mitarbeitern erzielt Oerlikon einen Umsatz von rund 5 Milliarden Schweizer Franken pro Jahr in den Bereichen Dünnschicht-, Vakuum-, Antriebs-, Textil- und Präzisionstechnologie. Die Einbettung in den Konzern gibt Oerlikon Space die Möglichkeit, Synergiepotenziale zu erschliessen und auf Technologien und Know-how anderer Konzernbereiche zuzugreifen. Der Name Oerlikon steht weltweit für Innovation auf Schlüsselmärkten der Zukunft. Missionsanalyse Detaillierte Planung von Weltraummissionen unter Berücksichtigung der Grenzen aktueller Raketen- und Satellitentechnologie und der physikalischen Gesetzmässigkeiten im Weltraum. Oerlikon Space erstellt Missionsanalysen in den frühen Definitionsphasen eines Raumfahrtprojektes. Dazu wird das Verhalten eines Satelliten im All modelliert. Projektmanagement und Systems Engineering Engineering Services Management anspruchsvoller Entwicklungsprojekte Verantwortung auf System- und Subsystemebene Koordination grosser Industrieteams mit internationalen Unterauftragnehmern/Lieferanten Produktdesign Material- und Prozess-Engineering Simulation und numerische Modellierung Koordination allgemeiner Engineering-, Technologie- und Testaktivitäten Anforderungsanalyse und Verifikation Interface und Shadow Engineering Struktur- und Thermalanalyse Structural Health Management Design von Werkzeugen und Vorrichtungen Fertigung, Montage, Integration Test Fertigung, Montage und Integration von Strukturen aus Verbundstoffen, Metallen oder in Hybridtechnologie Herstellung von Verbundmaterialien in Prepregund LCM-(VARI-)Technologie Messung physikalischer Daten Nichtzerstörende Prüfung Statische Belastungstests grosser Strukturen Vibrationstests kleiner und mittlerer Strukturen NC-Bearbeitung, Niet- und Klebverbindungen Beschichtung, Galvanik Fertigung, Montage und Integration von Mechanismen, wissenschaftlichen Instrumenten optischen und elektronischen Subsystemen Shock Tests Separationstests von Nutzlastverkleidungen Funktions- und Umwelttests Launch Support Montage der Nutzlastverkleidung auf der Trägerrakete am Startplatz Einbau der pyrotechnischen Elemente in das Separationssystem Durchführung der notwendigen Tests vor dem Start Analyse der aufgezeichneten Messdaten nach der Separation Oben und links unten: Integration der Struktur für den Eisforschungssatelliten CryoSat. Unten rechts: Montage eines Solar Array Drive Mechanisms.

11

12 Oerlikon Space AG Schaffhauserstrasse 580 CH-8052 Zürich T F info.space@oerlikon.com