Die Connova AG hat gemeinsam mit der Thales Alenia Space Schweiz AG die Teleskopstrukturen für die Copernicus-Mission CO2M entwickelt, gefertigt und qualifiziert. Die Mission soll erstmals aus dem Orbit bestimmen, welcher Anteil des atmosphärischen Kohlendioxids menschlichen Ursprungs ist. Eine neue Case Study beschreibt, wie Connova an den optischen Schnittstellen eine Positionsgenauigkeit von bis zu 0,02 mm erreicht hat.
Messdaten statt Hochrechnungen
Im Pariser Klimaabkommen haben sich mehr als 190 Staaten zu messbaren Emissionszielen verpflichtet. Überprüfen lässt sich das bisher nur näherungsweise, denn wie viel CO₂ Kraftwerke, Städte oder ganze Länder tatsächlich ausstossen, beruht in den nationalen Inventaren überwiegend auf Hochrechnungen. CO2M, die Copernicus Anthropogenic Carbon Dioxide Monitoring Mission, soll diese Datenlücke schliessen. Die ESA entwickelt die Mission im Auftrag der Europäischen Union. Drei Satelliten sollen aus rund 735 Kilometern Höhe Emissionen über einzelne Kraftwerke, Ballungsräume, Regionen und ganze Staaten erfassen.
Eine Struktur, an der die ganze Messung hängt
Damit CO2M verlässlich misst, muss das optische Instrument an Bord seine Geometrie während der gesamten Mission halten: beim Start mit seinen hohen Lasten, im Vakuum und über tausende Temperaturzyklen. Die Teleskopstruktur muss deshalb leicht und zugleich sehr steif sein, über den gesamten Betriebsbereich thermisch stabil bleiben und an allen optischen Schnittstellen höchste Massgenauigkeit bieten. Hinzu kommen die Vorgaben der europäischen Raumfahrtindustrie an Qualität, Dokumentation und Rückverfolgbarkeit. Für diese Kombination braucht es eine Faserverbundkonstruktion, deren Verhalten sich schon bei der Auslegung exakt vorhersagen lässt.
Gemeinsam ausgelegt, unter einem Dach gefertigt
In der Konzeptphase verglichen die Ingenieurteams von Connova und Thales Alenia Space Schweiz mehrere Designansätze, um Steifigkeit, Masse, Schnittstellen und thermomechanisches Verhalten bestmöglich in Einklang zu bringen. Connova verantwortete dabei die gesamte Wertschöpfung: Design, Werkstoffauswahl und Beschaffung der qualifizierten Raumfahrtmaterialien, Fertigung der Einzelteile, Präzisionsbearbeitung, Montage, Qualifikations- und Abnahmetests sowie die Dokumentation nach ESA-Standards. Da Engineering, Produktion und Qualitätssicherung unter einem Dach zusammenarbeiten, waren die Abstimmungswege von der ersten Bewertung bis zur fertigen Baugruppe kurz.
Präzision in Zahlen
- 0,02 mm: Positionsgenauigkeit an den optischen Schnittstellen der fertigen Baugruppe
- 0,2 mm: Formtoleranz der laminierten Einzelteile, möglich durch einen bereits in der Auslegung kompensierten Spring-in
- 1 Aufspannung: Alle Anschraubpunkte der Spiegeloptik wurden auf einem CNC-Jig in einer einzigen Aufspannung nachbearbeitet, um Toleranzketten zu minimieren
- Qualifikation an repräsentativen Coupons, einschliesslich des Ausgasungsverhaltens aller Materialien und des Klebstoffs
Den Laminataufbau positionierte Connova mittels Laserprojektion exakt und wiederholbar. Für Montage und Verklebung setzte das Team eigens dafür entwickelte Präzisions-Klebelehren ein, welche die geforderten Lage- und Schnittstellentoleranzen sicherstellten.
«Der Erfolg beruht auf der engen Verzahnung der verschiedenen Abteilungen sowie auf der partnerschaftlichen Zusammenarbeit mit Thales Alenia Space Schweiz. Durch den kontinuierlichen Austausch über alle Projektphasen hinweg konnten komplexe Anforderungen an Präzision, Materialien, Prozesse und Qualifikation zuverlässig in eine flugtaugliche Struktur überführt werden», sagt Sebastian Preiss, Head of Engineering der Connova AG.
Die Menschen hinter dem Projekt
Das Engineering-Team von Sebastian Preiss bewertete die Designansätze gemeinsam mit Thales Alenia Space Schweiz und berücksichtigte den Spring-in der Composite-Bauteile bereits in der Auslegung. Für die Fertigung der Teleskopstrukturen war Silvan Ventura verantwortlich, Project Lead Space Structures der Connova Group. Ansprechpartner für Raumfahrtprojekte mit vergleichbaren Anforderungen ist Taylan Toprak, Head of Sales & Project Management. Der diplomierte Luft- und Raumfahrtingenieur (TU München) bringt über 30 Jahre Erfahrung in der Luft- und Raumfahrttechnik mit.
Seit über 15 Jahren Strukturpartner der Raumfahrt
CO2M reiht sich in eine Serie von Raumfahrtprojekten ein, für welche die Connova Group seit über 15 Jahren Faserverbundstrukturen fertigt, als ESA-SME und mit einem Qualitätsmanagement nach EN 9100. Dazu gehören die Primärstruktur aus CFK und Titan für Aeolus-Aladin, Strukturbauteile für den Satelliten CHEOPS, die CoCa-Baseplate für Comet Interceptor und die Tragstruktur des CHANCES-Teleskops der ESA-Mission RAMSES.
Die vollständige Case Study mit Projektsteckbrief, Leistungsumfang und Bildern steht kostenlos als PDF auf Deutsch und Englisch bereit: https://www.connova.com/case-study-co2m-teleskopstruktur/
Das diesen Ergebnissen zugrundeliegende Projekt wurde im Rahmen eines Programms der European Space Agency (ESA) durchgeführt und gefördert. Die in dieser Veröffentlichung geäusserten Ansichten spiegeln keinesfalls die offizielle Meinung der ESA wider.
Über die Connova AG
Die Connova AG, New Ways in Composites – ist ein führender Anbieter kundenspezifischer Composite Bauteile und Faserverbundlösungen mit Sitz in Villmergen im Kanton Aargau. Zur Connova Group gehören zudem die Connova Deutschland GmbH und die Hightex Verstärkungsstrukturen GmbH in Klipphausen bei Dresden. Die Gruppe entwickelt und fertigt Leichtbaustrukturen aus CFK, GFK und Aramid für Raumfahrt, Luftfahrt, UAV und Drohnen, Motorsport und Automobil, Industrie und Automatisierung, Medizintechnik sowie Marine und Schiffbau.
Die Connova Group deckt die gesamte Wertschöpfung aus einer Hand ab. Sie reicht von Machbarkeitsanalyse, Konstruktion und Berechnung über Prepreg-Autoklav-, Heisspress-, Wickel-, RTM- und Vakuuminfusionsverfahren bis zu CNC-Präzisionsbearbeitung, Montage, Prüfung und Serienproduktion. Seit über 15 Jahren fertigt die Gruppe als ESA-SME Strukturen für Satelliten, Teleskope und Trägerraketen. Im Motorsport bringt sie über 30 Jahre Formel-1-Erfahrung mit. Zu den Kunden und Partnern zählen unter anderem ESA, Airbus, Pilatus, Porsche, KUKA und ABB.
Das Qualitätsmanagementsystem ist nach ISO 9001:2015 und der Luft- und Raumfahrtnorm EN 9100:2018 zertifiziert. Die Connova Deutschland GmbH ist zudem vom DNV als Hersteller von Faserverbund-Bauteilen zugelassen (DNV-CP-0421).
Website: https://www.connova.com
Kontakt
Taylan Toprak, Head of Sales & Project Management, Connova Group
+41 56 619 10 95