Thermalwand für die Weltraumsimulationsanlage im DLR-Bremen

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR)

1 Allgemeines:
Zum Entwicklungsprozess von Systemen für die Raumfahrt gehört, dass die Eignung der Systemlösung, ins besondere in thermaler Hinsicht, im Labor unter den des freien Weltraums ähnlichen Umweltbedingungen im Entwurfsprozess überprüft, an Modellen simuliert bzw. verifiziert wird. Aus dieser Feststellung folgt also, dass die Umgebungsbedingungen des freien Weltraums im Labor weitestgehend nachgebildet werden müssen, um Raumfahrttauglichkeit letztlich experimentell vor dem Start nachzuweisen. Für diesen Nachweis werden sowohl Anlagen zur Simulation von entsprechende Umgebungsbedingungen des freien Weltraumes als auch Anlagen zur Simulation von Raumfahrttypischen mechanisch-dynamischen Belastungen genutzt. Die Weltraumsimulationsanlage (WSA) hat hierbei einen zentralen Stellenwert, da hiermit die Umgebungsbedingungen des freien Weltraumes, nämlich Hochvakuum, Sonnenstrahlung und Temperaturhintergrund simuliert und somit die ganz wesentlichen Wechselwirkungsbedingungen - insbesondere den Thermalhaushalt betreffend - komplex nachgebildet und das Verhalten des Testobjektes untersucht werden können. Das Gesamtsystem besteht aus den Komponenten Rezipient mit Testplattform, Thermalwand, Sonnensimulator, Vakuumpumpen und Messwerterfassung.
1.1 Thermalwand:
Neben der Simulation des Umgebungsdruckes ist die Nachbildung der thermischen Hintergrundstrahlung des späteren Einsatzortes des Testobjekts notwendig, um das Verhalten des Testobjekts in thermaler Hinsicht zu untersuchen bzw. seine Tauglichkeit unter diesen Bedingungen zu bestätigen. Die Hauptanwendung ist die Simulation des Kältehintergrunds des freien Kosmos. Im konkreten Fall mit Temperaturen < 100 K. Die hierfür verwendeten Medien sollten kostengünstig und leicht zu beschaffen sein, wie z.B. lN2. Daneben sollen Zwischentemperaturen bis 420 K eingestellt werden können. In der Thermalwand sind insgesamt 5 größere Öffnungen (≥ 400 mm) vorzusehen. Diese Öffnungen müssen verschließbar und aktiv oder passiv temperierbar sein. Alle kleineren Öffnungen, für Messleitungen, Strom- und Flüssigkeitsversorgung, sind passiv abzudecken. Die Thermalwand muss in eine vorhandene Vakuumkammer integriert werden, Halterungen und Flansche für die Durchführung von Medien und Installationen sind bereits in der Vakuumkammer vorhanden, ebenso ein Schienensystem für die Testplattform.
1.2 Angaben zur Anlage (Angaben zu Parametern und Abmessungen)
Nutzvolumen: ca. 12 m³.
Länge gesamt: 4 500 mm.
Länge Zylinder: 3 500 mm.
Durchmesser außen: 2 500 mm.
Durchmesser innen: 2 476 mm.
Druck: < 10-6 mbar.
Solarsimulator:
Leistung: 0,5 – 1,4 kW/m2.
Spektrum: 0,2 – 2,5 μm.
Kollimationswinkel: +/- 2°.
Durchmesser simulierte Sonne: 1 000 mm.
Testebene: Abstand zur Dichtfläche Beschickungsseite 1 000 mm.
1.3 Einsatzbedingungen WSA (Art und Dauer von Tests):
Testvorbereitungen: Umgebungsbedingungen während des Umgangs mit dem Testobjekt:
— Temperatur 22 ±5°C,
— Relative Luftfeuchtigkeit 30 – 65 %,
— Luftdruck Umgebungsdruck,
— Partikelbelastung: ISO 8.
Das Testobjekt wird in einer Thermal-Vakuum-Umgebung geprüft. Der Druck der simulierten Umgebung liegt im Bereich 10 6 mbar. Zusätzlich wird ein Temperaturhintergrund entsprechend des zukünftigen Einsatzortes simuliert. Die Simulation dieses Temperaturhintergrundes ist die Aufgabe der hier ausgeschriebenen Thermalwand. Während des Thermal-Vakuum-Tests durchläuft das Testobjekt zyklisch Temperaturextremwerte, welche über einen Thermostaten realisiert werden. Diese liegen je nach erwarteten Flugtemperaturen zwischen +100°C und -135°C.
In bestimmten Testszenarien wird zusätzlich ein Solarsimulator eingesetzt. Der Solarsimulator befindet sich unterhalb der WSA. Die Strahlung wird durch ein optisches Fenster in den Rezipienten eingeleitet. An der hinteren Tür ist ein Spiegelsystem befestigt, welches die schräg von unten einfallende Strahlung auf eine Richtung parallel zur Kammerachse (Zylinderachse) umlenkt. Abhängig vom bestrahlten Testobjekt wird ein Teil der Strahlung direkt auf die vordere Tür fallen. Des Weiteren reflektiert das Testobjekt einen Teil der Strahlung in den Rezipienten. Auf dem Testobjekt beträgt die Bestrahlungsstärke 1 400 W/m².
Typischer Testablauf: (meist 8 Zyklen).
Funktionstest des Testobjekts und der Testeinrichtung.
Vorbereitung der Testeinrichtung.
Vorbereitung des Prüflings.
Funktionstest des Testaufbaus unter Normaltemperatur und -druck.
Testdurchführung Thermal Zyklen.
Ein Thermal-Vakuum-Test dauert zwischen drei und 14 Tage an. Zum Teil laufen die Tests ununterbrochen. Pro Jahr werden etwa zwei bis sechs solcher Thermal-Vakuum-Tests durchgeführt.

Deadline
Die Frist für den Eingang der Angebote war 2012-09-18. Die Ausschreibung wurde veröffentlicht am 2012-08-09.

Wer?

• • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR)

Wie?

• • Druckbehälter › Stahldruckbehälter

Wo?

• • Bremen › Bremen, Kreisfreie Stadt