DER KONSTRUKTEUR 11-12/2023

SPS

SPS 2023 BÜRSTENMOTOR BEWEGT MINILABOR IM ALL Forschung im Weltraum ist teuer. Um Kosten zu sparen, werden mithilfe von kompakten Satelliten mehrere Experimente gleichzeitig ins All befördert. Der begrenzte Bauraum erfordert jedoch eine durchdachte Miniaturisierung. Kleinstmotoren können hier punkten. PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Bemannte Raumfahrt-Missionen sind teuer und viele Parameter müssen, gerade für Langzeitflüge wie zum Mars, vorher untersucht werden. Hier bieten kompakte Satelliten wie die sogenannten Cubesats Möglichkeiten für eine preiswerte Grundlagenforschung, da viele Experimente gleichzeitig ins All befördert werden können. Die geringe Baugröße erfordert aber eine durchdachte Miniaturisierung, so wie beim Biolabor des Bammsat-Teams der Universitäten Cranfield und Exeter. In Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der schwedischen SNA und der ESA zur Erforschung der kosmischen Strahlung werden im Minilabor unter- Dipl.-Ing. (BA) Andreas Seegen, Leiter Marketing, Faulhaber, Schönaich; Ellen-Christine Reiff, M.A, Redaktionsbüro Stutensee schiedliche Proben über einen Faulhaber-Kleinstmotor in einem Revolvermagazin vorgehalten und nach Wunsch bewegt. QUADERFÖRMIGEN MODULE Die Würfelsatelliten der Cubesat-Serie basieren auf standardisierten quaderförmigen Modulen für Kleinsatelliten mit geringem Startgewicht und entsprechend niedrigen Startkosten. Sie sind seit 2004 im Einsatz und bilden eine Art Niedrigpreissegment in der Raumfahrt. Der kleinste Würfel wird als 1U (one unit – eine Einheit) bezeichnet und misst rund 11 × 10 × 10 cm bei einer Masse von maximal 1,33 kg. Die skalierbaren Würfelsatelliten können als Vielfaches der Einzelgröße gebaut werden, bei einem 3U Cubesat sind es dann 34 × 10 × 10 cm und 4 kg Gewicht. Für einen Raketenstart werden mehrere Cubesats, auch in unterschiedlichen Größen zusammengefügt; die Nutzlast wird so optimal 16 DER KONSTRUKTEUR 2023 / 11-12 www.derkonstrukteur.de

SPS 2023 01 Das Bio-Minilabor des Bammsat-Teams hat bereits seinen ersten Probeflug in die Stratosphäre erfolgreich überstanden DIE SKALIERBAREN KLEINST SATELLITEN MACHEN VERSUCHE IM WELTRAUM INZWISCHEN ERSCHWINGLICH ausgeschöpft und die Transportkosten geteilt. „Die Folgen von Schwerelosigkeit und kosmischer Strahlenbelastung lassen sich auf der Erde nur bedingt und unvollständig untersuchen“, erläutert Aqeel Shamsul, der das Bammsat-Projekt an der englischen Cranfield University leitet. „Experimente im All stellen uns vor besondere Herausforderungen und sind an den ziemlich teuren Raketentransport einschließlich Astronautenzeit und Logistik geknüpft. Das wiederum schränkt die Möglichkeiten für die Forschung an biologischen Systemen unter Weltraumbedingungen stark ein.“ Ein Minilabor in einem 3U-Gehäuse brachte die Lösung. Als Versuchstier für die Experimente dient Caenorhabditis elegans, ein nur einen Millimeter langer Fadenwurm, der normalerweise im Erdboden gemäßigter Klimazonen lebt. Rund 83 Prozent seiner Gene sind mit menschlichen Genen vergleichbar, daher ist er ideal geeignet zur Erforschung zahlreicher Weltraumfaktoren wie zum Beispiel den Einfluss der Strahlung auf die DNS von Lebewesen. Da er auch auf der Erde häufig für Studien in Bereichen wie Alterungsforschung, Muskelphysiologie und Radiobiologie verwendet wird, sind zudem ausreichend Daten für vergleichende Studien vorhanden. Im All reagieren die Zellen des Fadenwurms auf Schwerelosigkeit und Strahlenbelastung weitgehend ähnlich wie menschliche Zellen; die gewonnenen Daten sind daher leicht übertragbar. CLEVERE RAUMAUFTEILUNG Um möglichst viele Experimente pro Start ausführen zu können, war eine durchdachte Raumaufteilung essenziell. Zentrales Element des kleinen Weltraumlabors ist ein Revolvermagazin; eine drehbare, runde Scheibe mit mehreren Kammern, in denen die biologischen Proben untergebracht sind. Die Probenbehälter haben Ein- und Ausflussöffnungen, durch die kleinste Flüssigkeitsmengen zugeführt oder entnommen werden können, um die Würmer mit Nahrung zu versorgen oder sie von ihren Ausscheidungen zu befreien. Zudem lassen sich unterschiedliche Stoffe wie pharmazeutische Substanzen zuführen, um deren Wirkung unter Weltraumbedingungen zu untersuchen. Durch Drehung der Scheibe können die einzelnen Probe- Kammern vor die Linse eines Mikroskops bewegt werden. Über Spektrometer können die Wissenschaftler dann biochemische Der Leistungsstarke SD4M mit Drei-Level-Technologie SPS | Nürnberg | 14.-16.11. Halle 4 | Stand 230 Frequenzumrichter für Hochgeschwindigkeitsanwendungen bis 2.000 Hz bzw. im Leistungsbereich bis 470 kVA Kundenspezifische Lösungen möglich www.sieb-meyer.de www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 202 3/ 11-12 17