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TU Berlin

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Tribologie im Weltraum

Internationale Raumstation: Strukturen der Raumfahrt enthalten tausende von tribologischen Schnittstellen
Lupe

Reibung, Verschleiß und Schwingungen sind bei den für die Raumfahrt genutzten Materialien und Strukturen von großer Bedeutung. Entfaltungssysteme für Antennen und Solarzellen, Lager für Schwungräder, innere Reibung in Faser-Verbundwerkstoffen sind nur einige Beispiele für die zahlreichen, teilweise ungelösten tribologischen Probleme in der Raumfahrt. Die tribologischen Herausforderungen im Weltraum sind zudem qualitativ anders als auf der Erde: zerbrechliche, für die Schwerelosigkeit entworfene Strukturen können nicht auf der Erde getestet werden; das Hochvakuum des Weltraumes macht die Verwendung flüssiger Schmiermittel unmöglich; Temperaturschwankungen zwischen -100 und +100 °C sowie kosmische Strahlung stellen spezielle Anforderungen an Werkstoffe. Letztendlich müssen alle Systeme höchste Zuverlässigkeit bei minimalem Gewicht aufweisen und extremen Startbelastungen standhalten.

Zur Untersuchung dieser tribologischen Probleme hat sich ein Deutsch-Russisches Konsortium gebildet. Seine Mitglieder tauschten sich an der TU Berlin erstmals bei einem Workshop vom 6. bis 9. Oktober 2014 zum Thema “Tribology in aerospace applications: damping, wear and structural dynamics in aerospace systems” aus. Partner auf der deutschen Seite sind zwei Fachgebiete der Fakultät V der TU Berlin: „Systemdynamik und Reibungsphysik“ (Prof. V.L. Popov, Institut für Mechanik) und „Strukturdynamik und Strukturberechnung“ (Prof. M. Zehn, Institut für Mechanik) sowie die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung. Auf der Russischen Seite sind am Konsortium das Institute of Strength Physics and Materials Science der Russischen Akademie der Wissenschaften (Prof. S.G. Psakhie), die Staatliche Universität Tomsk (Prof. I. Smolin, Prof. A. Smolin, Prof. V. Skripniak) und die Polytechnische Universität Tomsk beteiligt. Die Mittel zur Organisation des Workshops wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft bereitgestellt.

Mit dabei ist auch ein industrieller Kooperationspartner - der russische Raumfahrt-Konzern RKK Energia. RKK Energia ist der Hersteller und Betreiber russischer Raumfahrttechnik, wie z. B. vom Progress Raumtransporter, der Trägerraketen Soyus und Proton sowie von Teilsystemen der Internationalen Raumstation ISS. Herr A. Chernyavsky, stellvertretender Chefkonstrukteur von RKK Energia, nahm am Workshop teil.

Beim Treffen wurde eine weitreichende Zusammenarbeit zwischen den akademischen Institutionen und RKK Energia vereinbart. Im Vordergrund stehen hier einerseits experimentelle und theoretische Untersuchungen von Festschmierstoffen im Vakuum sowie von Faserverbundwerkstoffen. Ein weiterer Schwerpunkt ist zukünftig das dynamische Modellieren von Strukturen der Raumfahrt unter besonderem Augenmerk auf Strukturdämpfung in Verbindungselementen und im Material. Dabei sollen die in den Fachgebieten von Prof. Popov und Prof. Zehn entwickelten Methoden zum Einsatz kommen. Die Zusammenarbeit auf diesem Gebiet wird durch die International Laboratory on Multiscale Modelling an der Staatlichen Universität Tomsk unter der Leitung von Prof. I. Smolin koordiniert.

In Zusammenarbeit mit RKK Energia wird schließlich 2016 ein tribologisches Experiment an Bord der ISS durchgeführt. Dabei wird Reibung, Verschleiß und Adhäsion sowohl im Kontakt verschiedener Materialpaarungen als auch innerhalb von Verbundwerkstoffen untersucht. Die besonderen Versuchsbedingungen sind hierbei die Dauerwirkung von Schwerlosigkeit, Hochvakuum, Temperaturschwankungen, UV-Strahlung und Vibrationen. Die Vorbereitung des Experimentes wird von Prof. V.L. Popov koordiniert.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Valentin L. Popov
Institut für Mechanik der Fakultät V
Sekr. C8-4
E-Mail:

 

 

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