EMV-Untersuchungen für die Qualifizierung von elektrischen Orbitalantrieben für Satelliten (EMOSAT)

Im Projekt EMOSAT (EMV-Untersuchungen für die Qualifizierung von elektrischen Orbitalantrieben für Satelliten) entwickelt die TH Mittelhessen zusammen mit der Ariane Group eine EMV-Testanlage für Satellitentriebwerke, bei denen die Schubkraft über elektrische Energie erzeugt wird. Die EMV-Tests gewährleisten, dass die Funktion des Satelliten nicht durch Störsignale beeinträchtigt wird und die Interdependenzen zwischen den Komponenten zulässig sind. Projektleiter ist Prof. Dr. Uwe Probst.

Herausforderung

GPS-Navigation, Wettervorhersage oder hochauflösendes Fernsehen – viele Dienste basieren auf Satellitendaten. Damit die Satelliten ihre Aufgaben erfüllen können, müssen sie ihre Lage im Raum regeln können. Dies geschieht mit kleinen Orbitaltriebwerken, deren Treibstoff allerdings das Gewicht erheblich erhöht. Weil die Effizienz reiner Verbrennungsantriebe ausgereizt ist, ist für eine Gewichtsreduktion eine andere Antriebsart erforderlich. Eine Möglichkeit sind Antriebe mit elektrischer Schuberzeugung (electric propulsion, kurz EP). Damit lässt sich die Startmasse eines Satelliten signifikant reduzieren, aber die elektromagnetische Strahlung der EP-Triebwerke und ihres Zubehörs muss so abgeschirmt werden, dass die Kernaufgaben des Satelliten nicht gefährdet werden. Die größte Herausforderung beim Testen der EP-Antriebe auf elektromagnetische Verträglichkeit (EMV-Tests) ist es, dass die Triebwerke nur unter Hochvakuumbedingungen arbeiten können.

Ziele und Vorgehen

Ziel des Projektes EMOSAT ist die normgerechte EMV-Untersuchung von flugfähigen EP-Triebwerken im Schubbetrieb einschließlich der zugehörigen Elektronik sowie der Verkabelung. Im Projekt werden Ionenstrahltriebwerke (radio-frequency ion thrusters, kurz RIT) des Industriepartners ArianeGroup eingesetzt. Um das Projektziel zu erreichen, wird ein Störfestigkeitsprüfplatz aufgebaut und für die Immissionsmessungen an einem EP-Antrieb genutzt. Ziele des zweiten Projektabschnittes sind der Aufbau und die Verifikation einer betriebsbereiten EMV-Kammer, die auch für Emissionsmessungen genutzt werden kann. Die reflexionsfrei aufgebaute Kammer (Anechoic Chamber) soll normgerechte EMV-Abnahmen ermöglichen, für die ein standardisiertes Testprogramm definiert worden ist. Anschließend wird die Verkabelung des Antriebs untersucht, und es werden Designregeln erarbeitet, so dass die EMV-Qualifizierung eines kompletten Triebwerks erfolgen kann. Abschließend soll das EMV-Verhalten zweier parallel arbeitender RIT-Triebwerke im Schubbetrieb untersucht werden.

Innovationen und Perspektiven

Mit dem Projekt EMOSAT wird eine Testanlage für EMV-Untersuchungen geschaffen, die es ermöglicht, bereits früh in der Entwicklungsphase der Antriebe Schwachstellen aufzuzeigen. Mit bisherigen Anlagen können die Tests erst in einer späten Entwicklungsphase durchgeführt werden; so können nur Symptome korrigiert, aber nicht die zugrundeliegenden Ursachen bearbeitet werden. Das frühzeitige Erkennen möglicher Schwachstellen ermöglicht es dem Industriepartner ArianeGroup, Werkzeuge und Methoden zum Auslegen von Triebwerken und ihrer Peripherie basierend auf systematischen Untersuchungen zu entwickeln, die so im kommerziellen Umfeld nicht geleistet werden können. Die Testanlage ist auch für andere Unternehmen interessant, deren EP-Antriebe auf anderen Prinzipien beruhen, die aber auch hinsichtlich ihrer EMV qualifiziert werden müssen. Die Projektergebnisse fließen in die Standardisierung von EMV-Regularien ein und werden über Präsentationen auf Fachkonferenzen der Öffentlichkeit bekannt gemacht.