Voor het verzamelen van ruimtepuin

Taak: "Ruimtepuin verzamelen"
Hoe je "deze onderdelen kunt verzamelen" en opruimen wordt al besproken in het ruimteonderzoek. Maar eerst moet je weten hoe de onderdelen in de ruimte bewegen.

Deze vraag staat centraal in het UB-Space project, dat werd opgericht door zes studenten uit verschillende disciplines aan de Universiteit van Bremen. teamleider Maren Hülsmann: "Tot nu toe konden twee modules met elkaar communiceren en aan elkaar koppelen. Ruimteschroot is echter een zogenaamd 'onwillig object' dat een ruimteschip moet herkennen, benaderen en grijpen."

Dit vereist ingewikkelde wiskundige berekeningen - Maren Hülsmann en haar teamgenoot Amina Zaghdane studeren technische wiskunde - maar je moet ook referentiewaarden en testgegevens verzamelen. En dat is precies de taak van UB-Space.

De ruimte in met de sonderingsraket
Dat zes studenten een heel echt en complex ruimte-experiment uitvoeren, is te danken aan het Duits-Zweedse REXUS/BEXUS-programma. De afkorting staat voor "Raketexperimenten voor universiteitsstudenten" of "Ballonexperimenten voor universiteitsstudenten". Studententeams kunnen onderzoekstaken voor het programma indienen. Een jury beoordeelt de voorstellen en in elke projectronde krijgen vier teams - simpel gezegd - een deel van een raket waarin ze hun onderzoeksopstelling kunnen plaatsen. De vier modules worden ondergebracht in een sonderingsraket die één keer per jaar de ruimte in wordt gelanceerd vanaf het ruimtevaartcentrum Kiruna in het noorden van Zweden.
 
Het idee achter UB-Space: de raketmodule laat een testlichaam los in de thermosfeer en gebruikt sensoren en verschillende camera's om de positie en beweging van deze "vrij vallende eenheid vast te leggen". Maren Hülsmann: "We ontvangen beeld- en positiegegevens van de echte beweging van de FFU in de ruimte. Tot nu toe waren er alleen simulaties van de beweging van componenten in de ruimte."

Bij het analyseren van het experiment zijn weer complexe berekeningen nodig, omdat elke raket constant om zijn eigen as draait om onevenwichtigheden te compenseren.

Ontwerpen voor speciale omgevingsomstandigheden
In de twaalf maanden voor de raketlancering hebben de projectteams het erg druk. Bij UB-Space geldt dit in het bijzonder voor Oliver Dorn, die scheepsbouwkunde studeert en de mechanica van de module ontwerpt. Er gelden ruimtespecifieke beperkingen: "Het energieverbruik wordt beperkt door het systeem, net als het gewicht en de installatieruimte, en luchtwrijving genereert temperaturen tot 200 °C." Hoe ontwerp je onder deze omstandigheden de aandrijving die de testromp uit de raket transporteert? Het werd al snel duidelijk dat er eerst een klep in de raket zou worden afgeblazen. Daarna wordt een unit met de "Free Falling Unit" uitgeschoven. Lars Flemnitz, student elektrotechniek en nabijheidsschakelaar van het UB-Space project: "We hebben verschillende voortstuwingssystemen getest. Twee parallel gebruikte schroefaandrijvingen werkten hier het beste."

Aandrijving en beugel uit het igus® programma
De spindelaandrijvingen komen uit het drylin® programma van igus®. De roestvrijstalen spindels bestrijken een uitschuifbereik van 150 millimeter. Ze worden aangedreven door een NEMA 11 stappenmotor, die werkt met een hoog koppel en een lage snelheid van 3 cm/s. De houder waarin de FFU zich bevindt, is bevestigd aan een loden schroefmoer, die is gedrukt van het tribo-filament iglidur® J260. Dit is een van de in totaal zes verschillende filamenten voor 3D printen die igus® aanbiedt. Wat ze allemaal gemeen hebben is dat ze geoptimaliseerd zijn voor wrijving en slijtage en dat speciale onderdelen voor prototypes of kleine series snel en kosteneffectief kunnen worden geproduceerd, zelfs met ingewikkelde geometrieën. UB-Space heeft ook andere componenten voor de beugel van igus® betrokken.
 
Een nauwelijks zichtbaar onderdeel komt ook uit de igus® constructiekit, die hier van cruciaal belang is. Oliver Dorn: "Het testlichaam (FFU) rust in een houder die is vastgezet met Tribo-Tape.

is bekleed." Deze glijfolie van iglidur® met zeer lage wrijvingscoëfficiënten is relatief nieuw in het igus® programma. Het zorgt ervoor dat de eenheid uit de houder glijdt en van de raket weg beweegt nadat de klep is geopend en de aandrijving is uitgeklapt.

Complexe tests voor de lancering

Elk van de REXUS-experimenten moet dezelfde complexe test- en goedkeuringsprocedures ondergaan die gebruikelijk zijn in de commerciële en wetenschappelijke ruimtevaart in overeenstemming met de ESA-normen. De raketmodule van UB-Space heeft bijvoorbeeld net trillings- en versnellingstesten met 12 g op drie assen doorstaan.
 
De inspanning is begrijpelijk, want er zijn geen testvluchten of prototypes in de ruimtevaart: Het experiment moet slagen op de eerste en enige vlucht. Het UB-Space team is echter optimistisch en wordt aangemoedigd door de professionele testingenieurs die het project voortdurend ondersteunen.

Het spreekt voor zich dat de REXUS-raket met het UB-Space-experiment geen ruimteafval zal worden. Na een parabolische vlucht met een top op 90 kilometer hoogte, die hem voorbij de drie lagen van de atmosfeer en in de thermosfeer brengt, landt de raket terug in het noorden van Zweden. De gegevens die UB-Space onderweg heeft verzameld, worden dan geanalyseerd.