DE102012112364A1

DE102012112364A1 - Panzerung eines Raumfahrzeugs

Info

Publication number: DE102012112364A1
Application number: DE201210112364
Authority: DE
Inventors: Jan Eilers; Thomas Neff
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2014-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige flächige Panzerung eines Raumfahrzeugs (104). Die erfindungsgemäße Panzerung umfasst eine Schichtfolge mit einer ersten Schicht (101) und einer von der ersten Schicht (101) beabstandeten zweiten Schicht (102), wobei der Zwischenraum zwischen der ersten (101) und der zweiten (102) Schicht vollständig mit einem festen Schaum (103) ausgefüllt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige flächige Panzerung eines Raumfahrzeugs. Der Begriff „Panzerung” wird vorliegend als Schutz vor äußeren mechanisch einwirkenden Gefahren verstanden.
Bekanntermaßen sind Raumfahrzeuge, wie beispielsweise Satelliten, im Weltraum der Gefahr ausgesetzte mit Raumobjekten (engl. „space debris”) zu kollidieren. Diese Raumobjekte haben einerseits einen natürlichen Ursprung, andererseits wird der Weltraum in erdnahen Bereichen zunehmend durch so genannten Weltraummüll „verschmutzt”. Diese Raumobjekte haben typischerweise eine von der Größe des Raumobjekts abhängige Häufigkeitsverteilung. So sind kleine Raumobjekte, bspw. ≤ 1 μm Durchmesser häufiger als Raumobjekte größere Raumobjekte. Die Raumobjekte treffen im Kollisionsfall typischerweise mit sehr hohen Relativgeschwindigkeiten auf Raumfahrzeuge und können dabei das Raumfahrzeug stark beschädigen oder sogar zerstören.
Größere Raumobjekte ab ca. 10 cm Durchmesser können von der Erde aus erfasst und verfolgt werden. Durch entsprechende Ausweichmanöver der Raumfahrzeuge können hierbei Kollision vermieden werden. Kleinere Raumobjekte werden heute durch sogenannte „Bumper Shields” aufgehalten, deren Zweck darin besteht, das Raumobjekt zu zerstören und mittels mehrerer Wandebenen die Energie des Raumobjekts abzufangen. Diese Technik wird in der Regel bei bemannten Raumfahrzeugen eingesetzt. Die bekannte Panzerung von Satelliten besteht aus einer Kombination von CFK- oder Aluminium-Plattenelementen gepaart mit einer Honigwabenstruktur als Mittelschicht.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Panzerung anzugeben, die eine verbesserte Schutzwirkung von Raumfahrzeugen ermöglicht.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
Die Aufgabe ist mit einer mehrschichtigen flächigen Panzerung eines Raumfahrzeugs gelöst, die sich dadurch auszeichnet, dass die Panzerung eine Schichtfolge mit einer ersten Schicht und einer von der ersten Schicht beabstandeten zweiten Schicht aufweist, wobei der Zwischenraum zwischen erster und zweiter Schicht vollständig mit einem festen Schaum ausgefüllt ist. Bevorzugt sind in dem Zwischenraum, außer ggf. erforderlichen Abstandshaltern (die jedoch sofern erforderlich, vereinzelt und möglichst weit voneinander beabstandet angeordnet sind) keine anderen Strukturen eingebracht, insbesondere keine Strukturen, wie im Stand der Technik, die eine kanalisierende Wirkung auf eine beim Einschlag in die feste Schaumschicht entstehenden Partikelwolke haben können. Bei der erfindungsgemäßen Panzerung wird die kinetische Energie eines in die Schaumschicht einschlagenden Raumobjekts durch den Schaum abgebaut und damit das Raumfahrzeug geschützt.
Die erste und/oder die zweite Schicht besteht/bestehen bevorzugt jeweils aus einem Kunstfaserverbundmaterial, wie bspw. aus GFK, CFK oder anderen bekannten Faserverbundmaterialien. Weiterhin bevorzugt können die erste und/oder zweite Schicht/Schichten Nanotubefasern/Kohlenstoffnanoröhrchen enthalten.
Der Schaum ist bevorzugt ein Metallschaum, ein Keramikschaum, ein Kunststoffschaum oder eine Kombination daraus. Metallschäume besitzen eine durch Poren und Hohlräume bedingte geringe Dichte, weisen aber eine hohe Spezifische Steifigkeit und Festigkeit auf. Meist werden Aluminium oder Aluminiumlegierungen geschäumt, da die Ausgangsmaterialien bereits eine sehr geringe Dichte besitzen. Unter Verwendung geeigneter Treibmittel ist es ebenfalls möglich Schäume aus Kupfer, Zink, Blei oder Stahl/Eisen herzustellen. Weiterhin sind im Stand der Technik eine Vielzahl von Keramik- und Kunststoffschäumen bekannt, wobei vorliegend solche Keramik- und Kunststoffschäume geeignet sind, die die kinetische Energie eines einschlagenden Raumobjekts möglichst maximal abbauen.
Ein Nebeneffekt der erfindungsgemäßen Panzerung ist die sich im Wesentlichen durch die Schaumschicht ergebende thermische Isolierung des Raumfahrzeugs im Bereich der Panzerung.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Panzerung zeichnet sich dadurch aus, dass die Panzerung zwei oder mehr Schichtfolgen mit einer ersten Schicht und einer von der ersten Schicht beabstandeten zweiten Schicht aufweist, wobei der Zwischenraum zwischen erster und zweiter Schicht vollständig mit einem festen Schaum ausgefüllt ist. Die zwei oder mehreren Schichtfolgen sind bevorzugt voneinander beabstandet angeordnet. Der dabei entstehende Zwischenraum zwischen den Schichtfolgen kann entweder leer oder ebenfalls mit einem Schaum aufgefüllt sein.
Die erste und die zweite Schicht weisen bevorzugt eine Schichtdicke auf, die im Bereich von 2 mm bis 20 mm liegt, oder 5 mm oder 10 mm oder 15 mm beträgt. Der Abstand zwischen erster und zweiter Schicht liegt bevorzugt im Bereich von 20 mm bis 80 mm, oder beträgt insbesondere 30 mm oder 40 mm oder 50 mm oder 60 mm oder 70 mm.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Raumfahrzeug, bspw. einen Satelliten oder ein bemanntes Raumfahrzeug mit einer Panzerung, wie sie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigt:
1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Panzerung
1 zeigt eine einfache Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mehrschichtigen flächigen Panzerung eines Raumfahrzeugs. Die Panzerung besteht aus eine Schichtfolge mit einer ersten Schicht und einer von der ersten Schicht beabstandeten zweiten Schicht, wobei der Zwischenraum zwischen erster und zweiter Schicht vollständig mit einem festen Schaum ausgefüllt ist.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
Bezugszeichenliste

101: erste Schicht
102: zweite Schicht
103: fester Schaum
104: Raumfahrzeug

Claims

Mehrschichtige flächige Panzerung eines Raumfahrzeugs (104), dadurch gekennzeichnet, dass die Panzerung eine Schichtfolge mit einer ersten (101) Schicht und einer von der ersten Schicht (101) beabstandeten zweiten Schicht (102) aufweist, wobei der Zwischenraum zwischen der ersten (101) und der zweiten (103) Schicht vollständig mit einem festen Schaum (103) ausgefüllt ist.
Panzerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (101) und die zweite (102) Schicht aus einem Kunstfaserverbundmaterial, bspw. aus GFK, CFK. besteht.
Panzerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum (103) ein Metallschaum, ein Keramikschaum, ein Kunststoffschaum oder eine Kombination daraus ist.
Panzerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Panzerung zwei oder mehr Schichtfolgen mit einer ersten Schicht (101) und einer von der ersten Schicht (101) beabstandeten zweiten Schicht (102) aufweist, wobei der Zwischenraum zwischen erster (101) und zweiter (102) Schicht vollständig mit einem festen Schaum (103) ausgefüllt ist.
Panzerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (101) und zweite (102) Schicht eine Schichtdicke im Bereich von 2 mm bis 20 mm liegt, oder 5 mm oder 10 mm oder 15 mm beträgt.
Panzerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der ersten (101) und der zweiten Schicht (102) im Bereich von 20 mm bis 80 mm liegt, oder 30 mm oder 40 mm oder 50 mm oder 60 mm oder 70 mm beträgt.
Raumfahrzeug mit einer Panzerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.