Akustische schwarze Löcher sollen Satelliten vor Vibrationen schützen
Das Fraunhofer LBF nutzt mit der OHB System AG im Projekt VibraVoid akustische schwarze Löcher zur Vibrationsdämpfung in Raumfahrtstrukturen. Die Technologie soll ohne zusätzliches Gewicht Schäden an Satelliten verhindern und lässt sich künftig auch in Luftfahrt und Automobilindustrie einsetzen.
Bild: Fraunhofer LBF/Ursula Raapke
Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF entwickelt gemeinsam mit der OHB System AG im Projekt VibraVoid neue Methoden zur Vibrationsdämpfung in Raumfahrtstrukturen. Im Mittelpunkt steht die Integration akustischer schwarzer Löcher, kurz ABH, die Schwingungen und Schockbelastungen reduzieren, ohne zusätzliches Gewicht zu verursachen. Damit soll die Zuverlässigkeit von Satelliten und anderen Leichtbauanwendungen steigen.
Herausforderung Vibrationen im Leichtbau
Startbelastungen, Mikrovibrationen und Schockereignisse setzen Raumfahrtstrukturen erheblich zu. Sie beeinträchtigen die Funktion empfindlicher Komponenten und begrenzen die mögliche Nutzlast. Herkömmliche Dämpfer lösen dieses Problem bislang meist über zusätzliches Gewicht oder aufwendige Bauweisen, was dem Leichtbauziel entgegensteht. Genau hier setzt der Ansatz des Fraunhofer LBF an.
Von der Simulation zum Demonstrator
Das Team nutzt das Prinzip akustischer schwarzer Löcher: Durch eine gezielte Formgebung der Bauteildicke werden Biegewellen in mechanischen Strukturen eingefangen und lokal abgebaut. So entsteht eine breitbandige Dämpfung, die ohne zusätzliche Masse auskommt und das Leichtbaupotenzial erhöht. Die Forschenden kombinieren dafür numerische Simulation mit experimenteller Validierung und entwickeln eine Methodik von der Anforderungsanalyse bis zum fertigen Demonstrator. Im Projekt werden erstmals vollständige Systeme mit ABH ausgestattet und getestet, wobei die OHB System AG praxisnahe Anforderungen einbringt, damit die Technologie direkt in Satelliten und Instrumententräger einfließen kann.
Die Validierung auf Komponenten- und Systemebene sowie der Vergleich mit konventionellen Lösungen sollen zeigen, dass sich mit akustischen schwarzen Löchern Ausfallrisiken verringern lassen. Projektleiter Heiko Atzrodt vom Fraunhofer LBF erklärt, das Projekt übertrage Erkenntnisse aus der Raumfahrt auf Anwendungen auf der Erde und schaffe damit neue Standards für vibrationsarmen Leichtbau. Die Ergebnisse sollen neben der Raumfahrt auch der Luftfahrt, der Automobilindustrie und dem Maschinenbau zugutekommen und die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie stärken.