SBFI unterstützt Reaktionsrad-Forschungsprojekt

Leichtere und vibrationsarme Satelliten durch Magnetlagertechnologie: Das Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation (SBFI) unterstützt eines unserer Forschungs-Projekte.

Eine Zusammenarbeit zwischen Celeroton und dem Power Electronic Systems Laboratory (PES) der ETH Zürich kann neu auf Unterstützung durch staatliche Forschungsbeiträge zählen. Das Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation (SBFI) bzw. das Swiss Space Office (SSO) hat entsprechende Förderbeiträge gutgeheissen.

Das Projekt mit dem Namen „Miniature, low vibration, high-speed magnetic bearing inertia wheel for small satellites” hat die Entwicklung eines neuen Reaktionsrades zur Positionsregelung kleiner Satelliten zum Ziel. Vor dem Hintergrund zunehmender Miniaturisierung in der Raumfahrt legt das Projekt spezielles Augenmerk auf ein tiefes Volumen und Gewicht und möglichst geringe Vibrationen.

Das Reaktionsrad bringt ein Drehmoment auf, um den Satelliten in der gleichen Achse, aber in Gegenrichtung zu drehen. Reaktionsräder bestehen in der Regel aus einem Motor, einer Schwungmasse, der Ansteuerungselektronik und einem druckdichten Gehäuse. Beim Transport in den Weltraum sind Volumen und Gewicht dieser Systeme entscheidende Faktoren, wobei aktuell von einigen zehn Gramm bis mehreren Kilogramm (je nach Satellitengrösse) ausgegangen werden muss. Eine Verkleinerung (und damit eine Gewichtsreduktion) ist bisher nicht möglich, da die Drehzahlen auf ca. 6‘000 U/min bei Kugellagern bzw. ca. 10‘000 U/min bei Magnetlagern begrenzt sind. Im Gegensatz dazu steuern moderne Satellitensysteme stark auf eine weitere Miniaturisierung hin.
Zudem geht beispielsweise die ESA in ihrem „European Space Technology Harmonisation Technical Dossier – AOCS Sensors and Actuators“ davon aus, dass die Nachfrage nach kompakten und vibrationsarmen Reaktionsrad-Lösungen aufgrund steigender Anforderungen bezüglich Ausrichtungsgenauigkeit und –geschwindigkeit sowie mikrovibrationssensitiver Ladung stark zunehmen wird.

An diesem Punkt kommt die Hochdrehzahltechnologie ins Spiel: Mit höheren Drehzahlen könnten Volumen und Gewicht der eingesetzten Reaktionsräder massiv reduziert und gleichzeitig die Vibrationen gesenkt werden. Erst kürzlich konnte Celeroton die Resultate eines ersten Forschungsprojekts für einen magnetgelagerten Motor mit Weltrekorddrehzahl vorstellen. Neben seinem bisherigen Einsatzgebiet in optischen Systemen ist der entwickelte Antrieb auch für den Einsatz im Weltall prädestiniert.

Im neu anlaufenden Projekt soll innerhalb der nächsten 1.5 Jahre die Machbarkeit eines solchen magnetgelagerten Hochgeschwindigkeits-Reaktionsrads mit Drehzahlen bis 250‘000 U/min gezeigt werden.

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