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sSpacecraft Structures and MaterialsBACKGROUND AND STATUSSpacecraft structures- small or large must be made of materials that resist,without failure or excessive distortion, the static, dynamic, and thermal stresses thatoccurrence during launch, deployment, and service. Nutzlasten und Zusatzausrüstungen müssen vor unerwünschten Verformungen, Vibrationen und Temperaturschwankungen geschützt werden, und Anbauten wie Antennen und Reflektoren, die zu groß sind, um in ihrer Betriebskonfiguration in das Raumfahrzeug zu passen, müssen während des Starts in zusammengeklapptem Zustand verpackt und anschließend ausgefahren werden. Diese Konstruktionsanforderungen sollten im Rahmen von Richtlinien für Gewicht, Kosten und Zuverlässigkeit erfüllt werden, die immer untrennbar miteinander verbunden sind und im Zusammenhang mit der Philosophie der kleinen Raumfahrzeuge neu bewertet werden müssen. Das strukturelle Gewicht von Raumfahrzeugen betrug in der Vergangenheit nur etwa 20 % des gesamten Trockengewichts. Die Einsparung von Strukturgewicht kann jedoch bei vielen kleinen Raumfahrzeugen von besonderer Bedeutung sein, da jedes eingesparte Kilogramm wertvoll ist und eine höhere Kapazität für zusätzliche Nutzlast, autonome Steuergeräte oder Zusatzausrüstungen bieten kann. Obwohl die Struktur eines Raumfahrzeugs und das Material, aus dem es besteht, hinsichtlich ihres Einflusses auf Kosten, Festigkeit, Steifigkeit, Gewicht, Zuverlässigkeit und Anpassungsfähigkeit an Veränderungen untrennbar miteinander verbunden sind, ist es dennoch zweckmäßig, Themen, die entweder der Struktur- oder der Materialkategorie zuzuordnen sind, getrennt zu behandeln.STRUKTURENBei den meisten kleinen Raumfahrzeugen sorgt derzeit eine einfache Fachwerkstruktur für den primären Widerstand gegen statische und dynamische Belastungen, während flache Platten (oft in Sandwichbauweise) die Nutzlast und den zugehörigen Inhalt des Raumfahrzeugs tragen. Obwohl der Optimierung der strukturellen Konfiguration des Raumfahrzeugs bisher nicht viel Aufmerksamkeit gewidmet wurde, werden zukünftige Missionen eine effizientere Gestaltung der zentralen Busstruktur erfordern. Glücklicherweise haben frühere42
Spacecraft Structures and MaterialsForschungen und Fluganwendungen in Flugzeugen und großen Raumbussen bewährte, hocheffiziente Konfigurationen wie versteifte Schalenstrukturen und Haut-Steifen-Paneele verfügbar gemacht. Zusätzlich zu den konventionellen Busstrukturen besteht bei den meisten Raumfahrzeugen, unabhängig von ihrer Größe, ein Bedarf an entfaltbaren Strukturen und Strukturen mit besonderer Zweckbestimmung. Der Status dieser verbesserten Raumfahrzeugstrukturen wird im Folgenden erörtert.Entfaltbare StrukturenUm seine Mission zu erfüllen, kann ein kleines Raumfahrzeug ein Anhängsel benötigen, wie z.B. einen Ausleger oder eine Oberfläche, die im Verhältnis zur Größe des Raumfahrzeugs sehr groß ist. Solche Anbauten müssen beim Start in zusammengeklapptem Zustand verpackt und vor dem Betrieb wieder ausgeklappt werden. In der Vergangenheit und in der Gegenwart haben Raumfahrzeuge eine Vielzahl von gelenkig entfaltbaren Strukturen als Ausleger verwendet, die Instrumente oder Solarzellendecken tragen, oder als Flächenstrukturen, die Antennen oder Solarzellenfelder bilden. Einige dieser ausfahrbaren Strukturen wurden in den 1960er und frühen 1970er Jahren für den Einsatz auf den damaligen kleinen Raumfahrzeugen entwickelt, aber in den letzten zwei Jahrzehnten hat sich die fortgeschrittene Entwicklung bei der NASA und im Verteidigungsministerium im Bereich der ausfahrbaren Strukturen fast ausschließlich auf große Antennen und Plattformen konzentriert, insbesondere auf solche, bei denen Präzision eine dominante Anforderung ist.Die meisten bestehenden ausfahrbaren Strukturen gelten nur dann als zuverlässig, wenn sie durch wiederholte Einsätze am Boden gründlich getestet werden, was kompliziert und kostspielig ist, da den Auswirkungen der Schwerkraft auf Konfigurationen, die für den Betrieb in der schwerkraftfreien Umgebung des Weltraums konzipiert sind, entgegengewirkt werden muss. Dennoch haben die jüngsten Flugerfahrungen eine beunruhigende Anzahl von Auslöseproblemen gezeigt. Kostengünstige kleine Raumfahrzeuge erfordern möglicherweise neue und einfachere, zuverlässige Entfaltungskonzepte. Einer der derzeitigen Entwicklungsschwerpunkte sind aufblasbare Raumfahrzeuge, die möglicherweise billiger und zuverlässiger sind als Gelenkstrukturen.Interaktion zwischen Steuerung und Strukturen und intelligente StrukturenDas Zeitalter der Interaktion zwischen Steuerung und Strukturen ist in vollem Gange, und das Zeitalter seiner Nachkommen, der intelligenten Strukturen2 , ist angebrochen. Diese Technologien sind für die Konstruktion kleiner Raumfahrzeuge von besonderer Bedeutung. Den dynamischen Belastungen während des Starts allein durch eine ausreichend steife strukturelle Verpackung entgegenzuwirken, ist bei einem kleinen Raumfahrzeug möglicherweise nicht sinnvoll, wenn die erforderliche Isolierung durch eine aktive Schwingungsunterdrückung erreicht werden kann43~ Die Wechselwirkung zwischen Steuerung und Struktur bezieht sich auf die Kopplung zwischen den Verformungen verformbarer Strukturen und der Leistung von Steuerungssystemen.2 Eine intelligente Struktur hat Sensoren und Aktuatoren als integrale Bestandteile sowie einen Steuercomputer, der zur aktiven Steuerung von Schwingungen und Form erforderlich ist.
44Technologie für kleine Raumfahrzeuge (vor dynamischen Belastungen und Beschleunigungen) mit geringerer Masse. Darüber hinaus spielen nach dem Start die Interaktion zwischen Steuerstrukturen und intelligentem Strukturgestaltung eine wichtige Rolle bei der Unterdrückung des Zitterns Das Zittern kann bei kleinen Raumfahrzeugen durch die Auswirkungen der Größe noch verstärkt werden. Obwohl die meisten aktuellen kleinen Raumfahrzeuge ohne den Einsatz von Interaktion zwischen Kontrollstrukturen und intelligenten Strukturen konstruiert werden, werden diese fortschrittlichen Techniken unentbehrlich, wenn wissenschaftliche und andere Nutzlasten empfindlicher werden und wenn die Anforderungen an die Ausrichtung und die Maßgenauigkeit strenger werden.Experimentelle intelligente Strukturen, die von der NASA, dem Verteidigungsministerium und anderswo entwickelt wurden, bestehen aus Lagen von Verbundwerkstoffen, die piezoelektrische4 Sensoren und Aktuatoren zur Steuerung des mechanischen Verhaltens enthalten. Andere mögliche Aktuatortechnologien basieren auf Formgedächtnismaterialien (z. B. Nitinol), elektrostriktivenS und magnetostriktiven Effekten6 und Mikromotoren. Das U.S. Air Force Phillips Laboratory hat eine Erhöhung der strukturellen Dämpfung von Raumfahrzeugen um zwei Größenordnungen nachgewiesen und den Einsatz eingebetteter Sensoren und Aktuatoren zur aktiven und passiven Unterdrückung von Schwingungen in der Umlaufbahn demonstriert.WERKSTOFFEAluminium ist das herkömmliche Material für Flugstrukturen aller Art. Darüber hinaus werden Graphitfaser/Polymer-Matrix-Verbundwerkstoffe, die ein viel höheres Verhältnis von Festigkeit zu Dichte und Steifigkeit zu Dichte aufweisen, in Flugzeugen und Raumfahrzeugen in erheblichem Umfang eingesetzt, allerdings mehr in kommerziellen Satelliten als in NASA-Raumfahrzeugen und noch weniger in militärischen Raumfahrzeugen. Bei den ersten kleinen Raumfahrzeugen bestand die Tendenz zur ausschließlichen Verwendung von Aluminium, um die vermeintlichen Mehrkosten für fortschrittlichere Werkstoffe zu vermeiden. Künftige Kleinsatelliten mit höheren Leistungsanforderungen und geringerem Gewicht werden zwangsläufig fortschrittliche Werkstoffe verwenden. Der Status dieser fortschrittlichen Werkstoffe wird nachstehend erörtert.3 Wurf ist die unannehmbare störungsinduzierte Vibration während kritischer Leistungszeitfenster.4 Ein piezoelektrisches Bauteil erfährt eine reversible Dimensionsänderung, wenn eine elektrische Kraft aufgebracht wird. Die Dimensionsänderung ist abhängig von der Polarität des Delhi.~ l, ~s Ein elektrostriktiver Effekt ist eine reversible Dimensionsänderung in einem Material, wenn das Material einem elektrischen Feld ausgesetzt wird. Die Richtung der Dimensionsänderung ist unabhängig von der Polarität des elektrischen Feldes.6 Ein magnetostriktiver Effekt ist eine reversible Dimensionsänderung in einem Material, wenn das Material elektrischen oder magnetischen Feldern ausgesetzt wird.
Raumfahrzeugstrukturen und -materialienAluminium-Lithium-LegierungenEine gewichtssparende Alternative zur Verwendung herkömmlicher Aluminiumlegierungen bei der Konstruktion von Raumfahrzeugen könnte die Verwendung von Aluminium-Lithium-Legierungen sein. Die geringere Dichte von Aluminium-Lithium-Legierungen in Verbindung mit ihrer etwas höheren Steifigkeit und – bei bestimmten Legierungen – höheren Festigkeit könnte eine unmittelbare Gewichtseinsparung von 7 bis 20 Prozent ermöglichen, und das bei nur wenigen erforderlichen Änderungen in der Herstellung und Konstruktion. Darüber hinaus weisen bestimmte Aluminium-Lithium- und Magnesium-Aluminium-Lithium-Legierungen eine deutlich höhere Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen auf, eine wichtige Eigenschaft für Flüssigsauerstoff- und Flüssigwasserstofftanks.Im Hinblick auf Raumfahrtstrukturen können diese Eigenschaften besonders wichtig sein, da das Versagen der meisten Strukturen mit Beulen oder Spannungsbrüchen einhergeht. Ausgehend von der Knick- und Streckgrenze sollte eine Erhöhung des Elastizitätsmoduls und der Streckgrenze bzw. der Zugfestigkeit zu einer entsprechenden Verringerung des Strukturgewichts führen.Aluminium-Lithium-Legierungen können eine bis zu 12 % höhere elastische Steifigkeit und, im Falle der Alcoa-Legierung 2090, eine um fast 20 % höhere Zugfestigkeit als herkömmliche Aluminiumlegierungen wie 2219 und 2014 bieten. Darüber hinaus können für Aluminium-Lithium-Legierungen ähnliche Verarbeitungs- und Fertigungstechniken (z. B. maschinelle Bearbeitung, chemisches Fräsen, Wolfram-Lichtbogenschweißen, Kugelstrahlverfahren usw.) wie für herkömmliche Legierungen eingesetzt werden. Darüber hinaus deuten Studien (z. B. bei General Dynamics und der NASA) darauf hin, dass die in der Entwicklung befindlichen Techniken für eine kostengünstige, endkonturnahe Verarbeitung7 von Aluminium-Lithium-Legierungen zu Kosteneinsparungen von 20 bis 30 % im Vergleich zu integral bearbeiteten Strukturen führen könnten. Obwohl die Substitution herkömmlicher Legierungen durch Aluminium-Lithium-Legierungen im Wesentlichen ohne Konstruktionsänderungen möglich ist und mehrere Legierungen als Komponenten für Verkehrsflugzeuge „flugerprobt“ werden, ist bei der Verwendung von Schmiedestücken aus bestimmten Aluminium-Lithium-Legierungen aufgrund ihrer geringen Zähigkeit durch die Dicke (Kurzzeit-Querschnitt) Vorsicht geboten.Die folgenden Aluminium-Lithium-Legierungen sind derzeit erhältlich….Wel~a~ite_ ist eine von Martin Marietta entwickelte Aluminium-Lithium-Legierung, die hervorragende Schweißeigenschaften, Festigkeit, eine mit Aluminium vergleichbare Zähigkeit und Spannungskorrosionsbeständigkeit aufweist. Zwei Varianten von Weldalite sind die Legierungen 2195 und MD345 von Reynolds Metals. Die Legierung 2090 wurde von Alcoa entwickelt, um die herkömmliche Legierung 7075-T6 und für einige Anwendungen die Legierung 2024-T3 zu ersetzen. Die Legierung 2090 weist die höchste Festigkeit aller Aluminium-Lithium-Legierungen auf.8090 wurde von Alcan entwickelt und hat eine etwa 15 bis 20 Prozent geringere Festigkeit als die Legierung 2090, aber eine verbesserte Schadenstoleranz und Kurzzeitzähigkeit (Venkateswara Rao und Ritchie, 19921.product.457 Durch die endkonturnahe Verarbeitung entsteht ein Teil, das nur eine geringe Bearbeitung des fertigen Produkts erfordert.5964>
46Technologie für kleine RaumfahrzeugeBislang wurden Aluminium-Lithium-Legierungen nicht in kleinen Raumfahrzeugstrukturen verwendet, obwohl sie in Trägerraketen-Designs aufgetaucht sind.Polymer-Matrix-VerbundwerkstoffeIn den derzeit geplanten Programmen für kleine Raumfahrzeuge gibt es einen Trend zu einer beträchtlichen Nutzung von organischen Matrix-Verbundwerkstoffen in strukturellen Fachwerkträgern, in Treibstofftanks (oder als Umhüllung von Metalltanks) und in flachen Scheibenkomponenten. Durch die Verwendung von Polymer-Matrix-Verbundwerkstoffen könnten erhebliche Gewichtseinsparungen (vielleicht 25 bis SO Prozent) bei der Struktur von Raumfahrzeugen erzielt werden. Die Frage nach den Kosten solcher Verbundwerkstoffe kann jedoch nicht losgelöst vom technischen Aufwand betrachtet werden, der erforderlich ist, um Vertrauen in ihre Verwendung zu schaffen, und der je nach dem Fachwissen, das den einzelnen Stellen und Unternehmen zur Verfügung steht, unterschiedlich ist. Nichtsdestoweniger ist der Gesamtumfang der in den Vereinigten Staaten gesammelten Erfahrungen bei der Konstruktion mit Verbundwerkstoffen, insbesondere in der Flugzeugindustrie und in großen Unternehmen, sehr hoch. .a. – , , ~ ~ ~ ~ ~ – ~ ~ , , , – ~ bei, ~ Raumfahrzeug-Hauptauftragnehmern, sollte hoch genug sein, um den verbleibenden Tendenzen entgegenzuwirken, die mit der ausschließlichen Verwendung von konventionellen Aluminiumlegierungen verbundenen Gewichtsnachteile in Kauf zu nehmen. Schätzungen der Industrie deuten außerdem darauf hin, dass die Kosten für Graphitepoxid oder ähnliche Verbundwerkstoffe auf lange Sicht tatsächlich geringer sein könnten als die Kosten für monolithische Metalle in derselben Anwendung. Obwohl Polymer-Matrix-Verbundwerkstoffe in der Weltraumumgebung Degradationseffekten ausgesetzt sind, die berücksichtigt werden müssen, gibt es bisher keine Anzeichen dafür, dass ihre strukturelle Leistungsfähigkeit durch die drei- bis fünfjährigen Expositionen, die derzeit für die meisten kleinen Raumfahrzeuge in Betracht gezogen werden, ernsthaft gefährdet wäre. Mehrere Auftragnehmer und staatliche Laboratorien, darunter Space Systems/Loral, Lockheed Missiles and Space Company, Martin Marietta Astro Space und Lawrence Livermore National Laboratory, entwickeln Techniken für die wirtschaftliche Herstellung von Verbundwerkstoffstrukturen für Raumfahrzeuge.Der am häufigsten verwendete Polymer-Matrix-Verbundwerkstoff für primäre Raumfahrzeugstrukturen ist Graphitepoxid. Strukturelle Formen wie Rohre können zu unterschiedlichen Kosten von verschiedenen kommerziellen Anbietern bezogen werden, die von Herstellern von Golfschlägerschäften bis hin zu den Hauptauftragnehmern der Raumfahrtindustrie reichen. Andere häufig verwendete Polymer-Matrix-Verbundfasern sind Glas und Keviar, die ähnlich wie Graphitfasern verarbeitet werden. Glasfasern, insbesondere die S-Glas-Variante, können bis zu 3 % belastet werden, ohne Schaden zu nehmen, und eignen sich für Anwendungen, die eine hohe Belastbarkeit erfordern, ihre Festigkeit und Steifigkeit ist jedoch unbedeutend. Keviar-Fasern hingegen haben eine hohe spezifische Zugfestigkeit und Steifigkeit und sind nützlich, wenn elektrische oder dielektrische Eigenschaften von Bedeutung sind. Keviar hat jedoch eine relativ geringe Druckfestigkeit.Metall-MairLx-VerbundwerkstoffeMetall-Matrix-Verbundwerkstoffe sind zunehmend verfügbar und können für Rahmen und Komponenten von Raumfahrzeugen verwendet werden. Als Rahmenwerkstoffe für Raumfahrzeuge können Aluminiumlegierungen, die mit Siliziumkarbid-, Aluminiumoxid- oder Borpartikeln oder -fasern verstärkt sind, die Vorteile erhöhter Steifigkeit und Festigkeit bieten; diese Werkstoffe können jedoch um eine Größenordnung teurer sein als herkömmliche Aluminiumlegierungen und haben bestimmte Nachteile in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften (z. B. haben die partikelverstärkten Legierungen bis vor kurzem schlechte Duktilitäts- und Zähigkeitseigenschaften gezeigt). Darüber hinaus können bestimmte Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe, wie z. B. graphitverstärkte Magnesiumlegierungen, eine erhöhte Steifigkeit bei Wärmeausdehnungskoeffizienten (für die Formstabilität) bieten, die mit denen von Graphit-Harz-Verbundwerkstoffen vergleichbar sind. Solche Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe können mit maßgeschneiderten physikalischen und mechanischen Eigenschaften entwickelt werden und weisen nicht die Ausgasungseigenschaften von Graphitepoxid auf.Die NASA erwägt Bor-Aluminium-Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe für ausgewählte Anwendungen in Primärstrukturen für ihre Raumtransportfahrzeuge und Silizium-Karbid-Partikel-Aluminium-Legierungen für Tieftemperaturtanks. Titan und Titan-Matrix-Verbundwerkstoffe eignen sich im Allgemeinen für Umgebungen mit höheren Temperaturen. Die mit Siliziumkarbid verstärkte Legierung Timetal 2IS eignet sich beispielsweise für Temperaturen bis zu 800 °C und weist eine ausgezeichnete Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen auf.Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe werden auch als leichte, starke und hochleitfähige Materialien für Wärmemanagementsysteme bei hohen Temperaturen eingesetzt. So hat Rockwell beispielsweise Kupfer-Matrix-Verbundwerkstoffe mit Faserverstärkungen aus Graphit, Molybdän oder Wolfram für aktiv gekühlte Strukturen in Hyperschallflugzeugen und Raketendüsen sowie in Kühlerlamellen für Raumfahrtantriebe entwickelt. Diese Verbundwerkstoffe sind bei hohem Wärmestrom und bei Anwendungen mit Temperaturwechselbelastung stabil und bieten im Vergleich zu herkömmlichen leitfähigen Legierungen eine verbesserte Kriechbeständigkeit. Fairchild Space and Defense Corporation arbeitet an elektroemissiven Platten für das Wärmemanagement von kleinen Raumfahrzeugen.Kohlenstoff-Kohlenstoff-VerbundwerkstoffeKohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe werden im Allgemeinen in Anwendungen eingesetzt, die extreme Temperaturen erfordern, typischerweise bis zu 1650°C. In Verbindung mit einer aktiven Kühlung können sie für die Vorderkanten von Nase, Flügeln und Leitwerken von Flugzeugen verwendet werden, die Temperaturen von bis zu 3300°C ausgesetzt sind. Beim National Aerospace Plane beispielsweise wurden Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe als dünne Platten verwendet, die mechanisch mit der darunter liegenden Titan-Matr~x-Verbundstruktur über Teile des Rumpfes verbunden waren. Trotz ihrer sehr hohen thermischen Beständigkeit sind Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe jedoch sehr oxidationsanfällig; beim National Aerospace Plane mussten sie durch dünne Mehrlagenbeschichtungen aus Siliziumkarbid geschützt werden. Für Raumfahrzeuge können Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe durch schnelle Kondensationsprozesse eine erhebliche Zeit- und Kostenersparnis bei der Herstellung von Strukturen ermöglichen. Die NASA entwickelt kontinuierliche und stapelweise Verarbeitungstechniken für Kohlenstoff-Kohlenstoff-Rohrrahmen für Raumfahrzeuge und Präzisionsreflektor-, Antennen-, Strahler- und Luftbremspaneele mit geeigneten thermischen, reflektierenden und Strahlerbeschichtungen.47
48Technologie für kleine RaumfahrzeugeSTRUKTUR/MATERIALSYSTEME Die Herausforderung für einfallsreiche Konstrukteure im Zeitalter kleiner Raumfahrzeuge wird darin bestehen, die Technologien fortschrittlicher Werkstoffe, Strukturen, entfaltbarer Anhängsel und die Interaktion zwischen Steuerung und Strukturen in kleinen und kostengünstigen Konfigurationen zu vereinen. Es gibt einen großen Fundus an Struktur- und Werkstofftechnologien für Flugzeuge und große Raumfahrzeuge (sowie für die kleinen Raumfahrzeuge der ersten Jahrzehnte), die als nützliche Grundlage für die Konstruktion heutiger und künftiger kleiner Raumfahrzeuge dienen können. Die bereits erwähnte Substitution von Aluminium-Lithium-Legierungen durch Aluminium in herkömmlichen Metallkonstruktionen würde eine sofortige, wenn auch bescheidene Gewichtseinsparung bewirken. Die derzeitige Wissensbasis für die Herstellung von und den Entwurf mit Verbundwerkstoffen, insbesondere Polymer-Matrix-Verbundwerkstoffen, muss jedoch nicht nur gründlich aufgearbeitet, sondern möglicherweise auch von der aufstrebenden Gemeinschaft der Kleinraumfahrzeuge erheblich verbessert werden, um den Anforderungen an die Kosten und die versprochenen Gewichtseinsparungen gerecht zu werden.Verbundwerkstoffe und Komponenten, die explizit so konfiguriert sind, dass sie mehrere Anforderungen erfüllen (z. B. an die Festigkeit und die Wärmeleitfähigkeit), bieten eindeutig Raum für Gewichtseinsparungen. Die Entwicklung einfacher, zuverlässiger und preiswerter Verbindungen und Anbauteile in Verbundstrukturen ist ein Problem, das nie verschwinden wird, ebenso wie die damit verbundene Forderung nach einer einfachen Änderung von Konstruktion und Fertigung, um unvorhergesehene (aber unvermeidliche) Änderungen der Nutzlastkonfigurationen zu ermöglichen. Obwohl einige bestehende Konzepte und Technologien für die kompakte Lagerung und den zuverlässigen Einsatz von Anhängseln für kleine Raumfahrzeuge weiterhin anwendbar sein könnten, gibt es ein beträchtliches Potenzial für neue Erfindungen und Entwicklungen in diesem Bereich, angesichts des unvermeidlichen Konflikts zwischen der Kleinheit der Struktur und der Erwünschtheit großer Anhängsel. Vor dem Hintergrund umfangreicher theoretischer und labortechnischer Forschungen, aber mit wenig Flugerfahrung, müssen sich die Ingenieure für kleine Raumfahrzeuge intensiv mit den aufkommenden Technologien der Interaktion zwischen Kontrollstrukturen und intelligenten Strukturen und ihren vielversprechenden Möglichkeiten befassen, einschließlich ihrer Integration in das Gesamtsystem des Raumfahrzeugs als kostensenkende und gewichtssparende Elemente.FESTSTELLUNGEN UND PRIORITÄRE EMPFEHLUNGENDie NASA hat eine potenziell wichtige Rolle bei der Entwicklung, Verbesserung und Anwendung von Struktur- und Werkstofftechnologien für kleine Raumfahrzeuge zu spielen, sowohl in ihrer traditionellen Funktion als Agentur für Pionierforschung~…..,O..~ Orocu sea zu bestimmten relevanten Themen als auch als führendes Unternehmen in gemeinsamen Projekten mit der Industrie, die den Entwurf, die Herstellung und den Einsatz von hochleistungsfähigen, zuverlässigen und anpassungsfähigen kleinen Raumfahrzeugen in Übereinstimmung mit den zentralen Leitlinien von niedrigen Kosten und geringem Gewicht demonstrieren sollen. Wie immer ist Wachsamkeit erforderlich, um sicherzustellen, dass sich diese Aktivitäten gegenseitig befruchten.
Raumfahrzeugstrukturen und -materialienDie folgenden expliziten Empfehlungen für NASA-Maßnahmen sind in einer Prioritätenfolge aufgeführt, die das integrierte Urteil des Gremiums für kleine Raumfahrzeugtechnologie widerspiegelt, nachdem der Entwicklungsstand der neuen Technologie und die potenziellen Vorteile, die vernünftigerweise erwartet werden können, berücksichtigt wurden.I. Die Forschung an einfachen, kostengünstigen ausfahrbaren Auslegern und Oberflächen sollte betont werden. Zu den Zielen sollten eine hohe Einsatzzuverlässigkeit, eine kompakte Verstauung und eine angemessene Präzision gehören. Der Nachweis des erfolgreichen Einsatzes im Weltraum durch Bodentests ist von wesentlicher Bedeutung.2. Es sollte ein gemeinsames Programm der NASA und der Industrie eingeleitet werden, um die Entwicklung fortgeschrittener kleiner Raumfahrzeuge auf der Grundlage von Polymer-Verbundkomponenten zu demonstrieren, wobei sowohl vorhandene als auch neuartige Technologien genutzt werden sollten, um die hohen Anforderungen an niedrige Kosten, geringes Gewicht, Zuverlässigkeit und Anpassungsfähigkeit zu erfüllen. Die NASASmall Spacecraft Technology Initiative kann dieses Ziel erfüllen.3. In Abstimmung mit der laufenden Forschung an Universitäten und anderen Regierungsstellen sollten die Forschungsanstrengungen auf dem Gebiet der intelligenten Strukturen und der Interaktion zwischen Steuerung und Strukturen intensiviert werden. Die Forschung sollte sowohl allgemeiner Natur sein als auch auf die spezifischen Bedürfnisse kleiner Raumfahrzeuge ausgerichtet sein.4 Ein kurzfristiges Demonstrationsprogramm mit der Industrie sollte durchgeführt werden, um eine kleine Raumfahrzeugstruktur zu entwerfen, zu konstruieren und zu qualifizieren, die in erster Linie auf den derzeitigen Konstruktionskonfigurationen basiert, bei denen Aluminium-Lithium-Legierungen anstelle von Aluminium verwendet werden, um die Durchführbarkeit einer schnellen Gewichtseinsparung mit minimalem Aufwand und minimalen Kosten zu ermitteln.5Die NASA sollte über ausreichende Fachkenntnisse auf dem Gebiet der Polymermatrix-Verbundwerkstofftechnologie verfügen, um Forschungsmöglichkeiten zur Verbesserung der Festigkeit, Steifigkeit, thermischen Eigenschaften und Wirtschaftlichkeit der Herstellung zu ermitteln und zu verfolgen, wobei den Möglichkeiten der Mehrfachverwendung von Bauteilen und der Entwicklung modularer Anbauteile und Verbindungen besondere Aufmerksamkeit zu widmen ist.49