Das Unternehmen Mini-Cubes wurde 2008 von Joseph Latrell mit dem Ziel gegründet, den PocketQube – einen besonders kleinen Kleinsatelliten mit einer Größe von etwa 5 Kubikzentimetern und einem Gewicht von höchstens 250 Gramm – zu einer vernünftigen und umsetzbaren Alternative zum CubeSat, dessen Freisetzungen in die Umlaufbahn immer kostspieliger werden, zu machen.
Das Projekt
Vor kurzem haben Joe Latrell und sein Team ein Engineering-Projekt für einen neuen, weltraumtauglichen 1P PocketQube mit dem Namen Discovery 1a gestartet.
Für die Herstellung dieses Kleinsatelliten hat sich Latrell an CRP USA gewandt, um die gesamte Struktur und einige Komponenten in „additive manufacturing“ (additiver Fertigung) zu bauen.
CRP USA, die US-Tochtergesellschaft von CRP Technology, hat in den letzten fünfzehn Jahren beträchtliche Erfahrungen auf diesem Gebiet gesammelt und bedeutenden, führenden Unternehmen der Raumfahrtindustrie innovative Lösungen unter Verwendung des Lasersinterverfahrens und der von CRP Technology entwickelten Verbundwerkstoffe der Windform® TOP-LINE geliefert.
Ziel des Projekts von Latrell ist es, eine ganze Konstellation (oder einen Schwarm) von PocketQube-Satelliten zur Überwachung der Wasserressourcen der Erde in additiver Fertigung herzustellen.
„Ich bin schon seit langem ein begeisterter Anhänger des professionellen 3D-Drucks“, erklärt Latrell, „mit dem ich vor einigen Jahren im Rahmen meiner Arbeit für ein Unternehmen aus dem Bereich der Raumfahrt Erfahrungen gemacht habe: Damals ließ ich die Flügel einer Rakete im 3D-Druck herstellen.“
„Als wir anfingen, an der Entwicklung des Discovery zu arbeiten, wusste ich, dass ich „alle Grenzen überschreiten wollte“, angefangen bei der Form des Satelliten, der so klein wie der PocketQube ist, bis hin zur Technologie für seine Herstellung.“
„Aus diesem Grund“, fährt Latrell fort, „habe ich mich entschlossen, CRP USA und seinen COO, Stewart Davies, als Technologiepartner einzubeziehen: Ich wusste, dass sie dank ihres Fachwissens und ihrer Erfahrung auf diesem Gebiet eine großartige Arbeit leisten würden, um uns Schritt für Schritt zu unterstützen und einen zu 100 % funktionierenden Satelliten herzustellen. “
Bis heute hat CRP USA drei Funktionsmodelle für Mini-Cubes hergestellt.
Die Herausforderung
Angesichts einer dermaßen kleinen Struktur bestand die größte Herausforderung darin, die Elektronik, die Kamera und das Funksystem im Inneren des Kleinsatelliten anzupassen.
Joe Latrell fährt fort: „Der Discovery 1a gehört zur PocketQube-Familie, bei der es sich um sehr kompakte Kleinsatelliten mit einem Innenvolumen von 50 mm x 50 mm x 50 mm handelt.
Angesichts dieser Größenordnung stellt unser Satellit das Beste dar, was bisher für die Fernerkundung der Ressourcen unserer Erde hergestellt werden kann.“
Links: Montagetest der elektronischen Platine im Discovery 1a aus Windform® XT 2.0. Rechts: Montagetest der Mini-Solarpaneele in der Struktur aus Windform® XT 2.0. Mit freundlicher Genehmigung von Mini-Cubes
Die Aufgabe war nicht einfach: Die mit Windform® herzustellenden Teile des Kleinsatelliten Discovery waren entscheidend für den Erfolg des gesamten Projekts.
Wie Joe Latrell deutlich macht: „Zum ersten Mal sollte ein ganzer Kleinsatellit aus einem mit Kohlefaser verstärkten Verbundwerkstoff hergestellt werden.
Leistung ist alles: Der Ausfall eines einzigen, winzigen Bauteils hätte den Ausfall des gesamten Satelliten zur Folge. Die Struktur aus Windform® musste unbedingt die Aufnahme und den Schutz aller Komponenten gewährleisten.“
Dank der Erfahrung, die CRP USA als Technologiepartner von führenden Unternehmen in den fortschrittlichsten Industriesektoren gesammelt hat, hat es die Herausforderung angenommen und sie gemeistert.
„Das Projekt, das Latrell uns vorgelegt hat, nämlich der Bau einer Hochleistungsstruktur mit reduziertem Platz für die Montage zahlreicher Komponenten, war einzigartig“, kommentiert Stewart Davies, COO von CRP USA, und fährt fort: „Dank unseres Fachwissens konnte das Projekt vorangebracht werden, aber nicht nur: Die Anpassung unserer Fähigkeiten an neue und immer komplexere Anwendungen“, fährt Davies fort, „ist zweifellos das Schlüsselelement, das es uns ermöglicht, Fortschritte zu machen und ein Bezugspunkt für professionelle 3D-Druckdienstleistungen in den Vereinigten Staaten zu sein.
Ohne die Unterstützung und Mitarbeit von CRP Technology, dem Unternehmen, das die Windform®-Materialien entwickelt und der additiven Fertigung neue Impulse und Stärke verliehen hat, wäre all dies jedoch nicht möglich.“
Für die Herstellung des Discovery 1a entschieden sich Joe Latrell und die Mitarbeiter von CRP USA für den mit Kohlenfaser verstärkten Verbundwerkstoff Windform® XT 2.0.
Wie Latrell präzisiert, „wussten wir von Anfang an, dass wir bei der Produktion des Discovery auf den 3D-Druck setzen würden, aber in Bezug auf das zu verwendende Material waren wir uns nicht so sicher, weil wir dachten, dass es schwierig sein würde, ein Material zu finden, das den rauen und schwierigen Umweltbedingungen des Weltraums standhalten würde.
Tatsächlich erwies sich die Wahl nach Prüfung der Eigenschaften von Windform® XT 2.0 als einfacher als erwartet: Die Kombination aus Festigkeit und einfacher Anwendung hat uns sofort überzeugt.“
Windform® XT 2.0 ist ein Material der neuen Generation, das das vorangegangene Produkt Windform® XT in der Familie der Windform®-Verbundwerkstoffe der TOP-LINIE ersetzt. Windform® XT 2.0 zeichnet sich durch deutliche Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften aus, darunter +8 % bei der Bruchlast, +22 % beim Elastizitätsmodul und +46 % bei der Bruchdehnung.
Das Ergebnis
CRP USA hat für Mini-Cubes drei funktionale Prototypen des 1P PocketQube hergestellt: zwei für Tests und einen für den Flug in die Umlaufbahn.
Das Lasersinterverfahren in Kombination mit dem kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoff Windform® XT 2.0, erwies sich als die beste Wahl: alle drei 1P PocketQube haben erfolgreich die Tests bestanden und die Standards von Mini-Cubes vollständig erfüllt.
Joe Latrell präzisiert: „Wir haben verschiedene Tests durchgeführt, und werden noch weitere durchführen. Bisher haben wir die Belastung bei +20 kg getestet. Windform® XT 2.0 wurde Schwingungstests gemäß den GEVS-7000-Spezifikationen der NASA und dem Thermalvakuumtest zur Simulation der Bedingungen in der Erdumlaufbahn unterzogen und bei Temperaturen von +50 °C bis -40 °C getestet. Windform® XT 2.0 hat alle von uns durchgeführten Tests bestanden.“
Latrell fährt fort: „Unser nächster Schritt wird sein, den Windform®-Satelliten in der Erdumlaufbahn zu testen. Die Freisetzung ist für das zweite Quartal 2021 geplant. Dies wird die endgültige Validierung unseres Engineering-Verfahrens darstellen.“