Erfolgreicher Parabelflug TU Berlin testet neuartiges Lageregelungssystem für Satelliten ohne bewegliche Teile
Forscher*innen der Technischen Universität Berlin haben im Rahmen der 45.
DLR-Parabelflugkampagne der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR erfolgreich
ein neuartiges Lageregelungssystem für Satelliten getestet. Das System,
genannt VEKTOR-FDA (Vector Fluid Dynamic Actuator), kommt vollständig ohne
bewegliche mechanische Teile aus. Es nutzt elektromagnetisch angetriebenes
Flüssigmetall, um die Lage von Raumfahrzeugen zu stabilisieren.
Eine
weitere Besonderheit besteht darin, dass das Flüssigmetall innerhalb des
Systems in beliebiger Ausrichtung in Rotation gebracht werden kann.
Dadurch lässt sich die Lagekontrolle aller drei Satellitenachsen mit nur
einem einzigen System realisieren. Der erfolgreiche Parabelflug bestätigt:
Das Konzept funktioniert auch unter Schwerelosigkeit – ein möglicher
Durchbruch für kompaktere und langlebigere Satelliten.
Eine Kugel voller Flüssigmetall
Das Herzstück des neuen Systems ist eine hohle Kugel, in der sich
Flüssigmetall befindet. Anstelle von Motoren oder Zahnrädern wird dieses
Metall durch außerhalb der Kugel angeordnete elektromagnetische Pumpen in
Bewegung gesetzt. Dabei kommen mindestens drei orthogonal zueinander
angeordnete Pumpen zum Einsatz. Werden die Pumpen einzeln betrieben,
beginnt das Metall im Inneren der Kugel zu strömen und um die Hauptachse
zu rotieren. Dadurch entsteht ein Drehimpuls in Richtung der
Rotationsachse, der auf den Satelliten übertragen wird und dessen
Ausrichtung verändert.
Werden die Pumpen gemeinsam betrieben, überlagern sich die Strömungen der
Einzelpumpen, wodurch die Rotation um eine neue resultierende Achse
erfolgt. Durch Variation der Pumpleistung kann die Ausrichtung der
Rotationsachse gezielt gesteuert werden. Auf diese Weise lässt sich das
Raumfahrzeug in jede beliebige Richtung ausrichten oder stabilisieren –
ganz ohne mechanische Reibung oder Verschleiß.
„Wir wollten zeigen, dass dieses Prinzip nicht nur im Labor funktioniert,
sondern auch unter realistischen Weltraumbedingungen“, sagt Projektleiter
Huu Quan Vu vom Fachgebiet Raumfahrttechnik der TU Berlin.
Schweben wie im All
Getestet wurde das System im Rahmen der Parabelflugkampagne der Deutschen
Raumfahrtagentur im DLR, deren Flüge zwischen dem 20. bis 31. Oktober 2025
vom französischen Bordeaux aus starteten. Während des Flugs steigt die
Maschine steil auf, kippt dann über den Scheitelpunkt und für rund 22
Sekunden herrscht nahezu Schwerelosigkeit (Microgravitation). In dieser
Zeit können Forscher*innen ihre Experimente so durchführen, als befänden
sie sich im All.
„Das ist jedes Mal ein besonderer Moment, wenn die Schwerelosigkeit
einsetzt – ein Gefühl, das sich nur schwer in Worte fassen lässt. Um
diesen Moment zu erreichen, müssen wir vor und nach jeder Phase der
Schwerelosigkeit eine zweifache G-Belastung, also das doppelte
Körpergewicht, aushalten – und das 31 Mal am Tag, drei Tage lang“,
berichtet Vu. „Aber wenn die Schwerkraft aussetzt und wir anhand der
Messergebnisse sehen, dass unser System so funktioniert, wie es später in
einem Satelliten arbeiten soll, ist jede Anstrengung verflogen.“
Der VEKTOR-FDA-Demonstrator bestand den Test: Die elektromagnetischen
Pumpen arbeiteten stabil, das Flüssigmetall reagierte wie geplant, und das
Team konnte die Lageänderung präzise messen. Damit gilt die technische
Machbarkeit des Konzepts als nachgewiesen.
Warum das wichtig ist
Bisherige Lageregelungssysteme wie Reaktionsräder oder Drallräder sind
zwar bewährt, aber anfällig: Sie müssen ständig rotieren, ihre Lager
verschleißen, und schon kleinste Unwuchten können Störungen verursachen.
Der VEKTOR-FDA könnte diese Probleme mit einer mechanikfreien,
verschleißarmen und vibrationsfreien Technologie lösen, die zudem
kompakter und leichter ist. Gerade für Kleinsatelliten oder
Langzeitmissionen ist das ein entscheidender Vorteil. Ein einzelner
VEKTOR-FDA könnte die Arbeit mehrerer herkömmlicher Räder übernehmen und
so Raum, Gewicht und Energie sparen.
Elf Experimente mit an Bord
Insgesamt waren bei der 45. Parabelflugkampagne der Deutschen
Raumfahrtagentur elf Experimente an Bord. Sie reichten von Untersuchungen
zu Flammendynamik alternativer Kraftstoffe über neue Verfahren zur
Wasserstoffherstellung bis hin zu Technologien für die Raumfahrt der
Zukunft.
Mit dem erfolgreichen Flug des VEKTOR-FDA hat das Team der TU Berlin einen
wichtigen Meilenstein erreicht. „Wir sehen in diesem Prinzip großes
Potenzial für eine neue Generation von Lageregelungssystemen“, sagt Vu.
„Mechanikfreie Lageregelungssysteme könnten die Zuverlässigkeit und
Lebensdauer von Satelliten deutlich erhöhen und damit einen echten Beitrag
zur Nachhaltigkeit in der Raumfahrt leisten.“
Das Projekt wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und
Klimaschutz in Zusammenarbeit mit der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR.
