Thermalkontrolle

Schwerpunkte der Entwicklung von Thermalkontroll-Konzepten

Die Thermalkontrolle bei Satelliten stellt sich der Aufgabe, die Betriebstemperaturen aller Komponenten während der Lebensdauer des Satelliten einzuhalten. Eine spezielle Herausforderung sind dabei die extremen Umweltbedingungen im Weltall. Auf der einen Seite kann die Hintergrundtemperatur eines Satelliten bis zum absoluten Nullpunkt der Temperaturskala absinken. Auf der anderen Seite wird der Satellit bei direkter Sonneneinstrahlung hohe Temperaturen annehmen.

OHB entwickelt verschiedene Verfahren und Technologien, um die beschriebene Aufgabenstellung zu lösen:

  • Computergestützte Simulation der internen und externen Wärmeströme des Satelliten auf seiner vorgegebenen Bahn im Weltraum. Einsatz des spezifischen Softwarepakets ESATAN-TMS.
  • Hieraus Ableitung der notwendigen Thermalkontroll Maßnahmen, wie geeignete thermische Beschichtungen der Oberflächen, Auslegung und Platzierung von Isolationen, Heizsysteme, aktive Kühlung mit Fluiden
  • Entwicklung von ein- und zweiphasigen Kühlkreisläufen. Es werden sowohl kapillar-gepumpte (Heat Pipe, Loop Heat Pipe), die Wärme durch Verdampfung und Kondensation eines Fluids übertragen,  als auch mechanisch gepumpte Systeme betrachtet.
  • Entwicklung neuer Materialien mit hoher thermischer Leitfähigkeit und geringer thermischer Ausdehnung
  • Methoden zur Integration metallischer Thermal-Komponenten in faserverstärkte Kunststoffe (Ausgleich der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung)

Besondere thermische Anforderungen gilt es bei Explorationsmissionen zum Mond / Mars und darüber hinaus zu erfüllen. Randbedingungen sind zum Beispiel: Hohe Temperaturdifferenzen zwischen Sonnen- und Schattenseite einiger Planeten, Vorhandensein von Restatmosphäre (Mars 10 mbar CO2) und verminderte Effizienz von Solarzellen zur Erzeugung elektrischer Energie. OHB entwickelt für diese Aufgabenstellung u.a. folgende Verfahren:

  • Thermischer Schalter, der bei kalten Umgebungsbedingen die Wärmeabfuhr aus dem Raumfahrtzeug unterbindet
  • Leichte Isolationen auf Pulverbasis, die für den Einsatz in Restatmosphären von Planeten optimiert sind
  • Mechanisch gepumpte zweiphasige Kühlkreisläufe mit entsprechend langlebigen elektrischen Pumpen
  • Thermogeneratoren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Temperaturdifferenzen in sonnenfernen Anwendungen.