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Innovative Weltraumforschung von Schweizer Studierenden

Mit dem Bau und Start einer Hybridrakete realisierten Studierende aus der Schweiz ein höchst anspruchsvolles Vorhaben. 

Praxisprojekte an Schweizer Hochschulen sind oft beeindruckend und zukunftsweisend. Den Pionier- und Erfindergeist junger Menschen unterstützt item gerne: So haben Schweizer Studierende unsere Komponenten bereits erfolgreich bei der Entwicklung eines Erdbebenroboters, eines Unkrautroboters und eines Baustellenroboters mit Potenzial für den Weltraumeinsatz eingesetzt. Ein neues faszinierendes Projekt im Bereich der Weltraumforschung wird aktuell von der Akademischen Raumfahrt Initiative Schweiz (ARIS) durchgeführt. Dieser Verein wurde von 15 Studenten der ETH Zürich gegründet, mittlerweile gehören ihm insgesamt 150 Studenten verschiedener Hochschulen und Studiengänge an. „Space to grow“ lautet das Motto von ARIS. „Wir schauen nicht darauf, was Personen bereits können, sondern darauf, was sie lernen und wie sie gedanklich wachsen möchten“, erklärt Xeno Meienberg, ARIS-Projektmanager und Student im Masterstudiengang Maschinenbau der ETH Zürich. Ziel des neuen Projekts: die Entwicklung einer Hybridrakete, bei deren Start und Nachverfolgung Profile aus dem item MB Systembaukasten zum Einsatz kommen.

Eine Idee – unbegrenzte Möglichkeiten

Flexibel, robust und hochwertig: Der item MB Systembaukasten ist seit über 40 Jahren die optimale Lösung für alle konstruktiven Aufgaben im Maschinen- und Betriebsmittelbau.
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Weltraumforschung in der Schweiz: Mit Hybridrakete in die Schwerelosigkeit

Umgesetzt wird die Entwicklung der Hybridrakete von 50 Studierenden im Rahmen des Weltraumforschungsprojekts PICCARD. Namenspatron ist der Schweizer Wissenschaftler Auguste Piccard, dem 1931 der erste Stratosphärenflug gelang. Ziel ist es, mit der sechs Meter langen und über 100 Kilogramm schweren Rakete eine Nutzlast auf eine Höhe von etwa 9,6 Kilometern befördern, um dort ein wissenschaftliches Experiment durchzuführen. „Unsere Nutzlast ist ein akustisches Gerät, das mittels Schallwellen ein kleines Objekt schweben lassen kann“, berichtet Xeno Meienberg. „Wir möchten herausfinden, ob das unter den hohen g-Kräften beim Raketenstart funktioniert – und später in Mikrogravitation, sobald die Rakete ganz oben ist.“ Letzteres ermöglicht, das Experiment in Schwerelosigkeit durchzuführen.

Wir haben ein ausgesprochen interdisziplinäres Team. So lernt man als Studierender einer bestimmten Fachrichtung, mit anderen Disziplinen zusammenzuarbeiten.

An PICCARD sind Maschinenbauingenieure, Elektroingenieure, Physiker, Mathematiker und Wirtschaftsstudenten beteiligt. „Wir haben ein ausgesprochen interdisziplinäres Team. So lernt man als Studierender einer bestimmten Fachrichtung, mit anderen Disziplinen zusammenzuarbeiten“, betont Herr Meienberg. Beim parallel betriebenen Projekt DAEDALUS fokussieren sich sechs Studierende ausschließlich auf die Entwicklung des Raketenantriebs. Bei einer Hybridrakete werden statt solidem Treibstoff mehrere Phasen von Brennstoffen und Oxidationsmitteln verwendet. „Wir benutzen als Verbrennungsstoff eine einfache Mischung aus Zucker (Sorbitol), Paraffin und Aluminium“, erklärt der Projektmanager. „Zusätzlich wird Sauerstoff benötigt, hier greifen wir auf Lachgas zurück.“ Da die Stoffe in Verbindung eine nicht ungefährliche Mischung ergeben könnten, wird das Lachgas separat vom Brennstoff in einem unter Druck gesetzten Tank aufbewahrt. Dies macht die PICCARD-Rakete ausgesprochen sicher.

Das PICCARD-Team hat einen speziellen Aufbau zur Befüllung der Rakete entwickelt.

Rahmen für Remote Filling Station und Rocket Tracker aus Profiltechnik

Für den Start muss die Hybridrakete mit Lachgas befüllt werden. Um alle Beteiligten zu schützen, haben die Studierenden einen speziellen Aufbau entwickelt, der das Befüllen der Rakete aus der Distanz ermöglicht. „Beim Start wird diese Remote Filling Station neben der Rakete platziert. Wir steuern sie dabei aus der Ferne elektronisch“, berichtet Xeno Meienberg. Diese Eigenentwicklung  trägt stark zur Sicherheit des Raketenstarts bei. Der Rahmen des zwei Meter hohen und etwa 1,50 Meter breiten Aufbaus besteht vollständig aus item Profiltechnik. „Wir haben zum ersten Mal mit item gearbeitet und wurden auf den MB Systembaukasten aufmerksam, weil wir darüber nur Gutes von anderen Projekten an der ETH Zürich gehört haben. Auch bei uns lief die Zusammenarbeit optimal“, sagt Herr Meienberg. Für die Konstruktion wurde das item Engineeringtool genutzt, über dessen intuitive Bedienung und intelligenten Funktionen sich die Ingenieure des Teams begeistert zeigten.

Die item Profile sind sehr stabil. Wir starten Raketen an speziellen Orten, wie der Wüste oder den Schweizer Bergen, wo diese Stabilität unbedingt benötigt wird.

Zur Nachverfolgung der Hybridrakete wird beim Start ein „Rocket Tracker“ in 500 Metern Entfernung positioniert. „An Bord der Rakete befindet sich ein Trackinggerät, das Informationen darüber ausgibt, wo sich die Rakete aktuell befindet“, berichtet Xeno Meienberg. Der 1,90 Meter hohe Tracker empfängt das Signal, das von diesem Gerät ausgeht. Auch für den Rahmen der Box des Trackers mit den Maßen 30 x 30 x 40 cm wurden item Profile verwendet. Dank eines zweiten Trackers  sind zusätzlich Rückschlüsse möglich, wie sich die Rakete im dreidimensionalen Raum verhält. Gerade die Materialeigenschaften der robusten Profile haben das Team beeindruckt: „Sie sind sehr stabil. Wir starten Raketen an speziellen Orten – zum Beispiel in der Wüste oder in den Schweizer Bergen. Dort wird diese Stabilität unbedingt benötigt“, so Herr Meienberg. Auch die Modularität ist ein entscheidender Faktor: „Wenn das Projekt beendet ist, lassen sich die Profile einfach weiter verwenden“, berichtet er weiter. „Man kann auf diesen Strukturen immer wieder aufbauen, sie ergänzen oder umstrukturieren. Das ist sehr praktisch für unsere Anwendungen – und nachhaltig.“

Rocket Tracker ermöglichen die exakte Nachverfolgung der Hybridrakete.

Nachwuchskräfte in der Weltraumforschung im Wettstreit

Im Bereich der Weltraumforschung gibt es eine lebendige internationale Nachwuchsszene. Zahlreiche Wettbewerbe geben den Studierenden die Möglichkeit, sich mit anderen Teams zu messen. Beim Spaceport America Cup präsentierte das PICCARD-Team im Juni seine Hybridrakete. Bedingt durch die Corona-Pandemie fand der US-Wettbewerb ausschließlich in virtueller Form statt. Für den Oktober 2021 ist schließlich die Teilnahme an der zweiten Ausgabe der European Rocketry Challenge (EuRoc) in Portugal geplant. Für die Zukunft setzt man auf eine langfristige Zusammenarbeit mit item – nicht nur für Raketenprojekte. „Ab nächstem Herbst arbeiten wir beispielsweise an einem Solarpanel-Installationsgerät. Es handelt sich dabei um eine Art Roboter, der auf einem anderen Planeten völlig autonom Solarpanels aufstellen kann“, berichtet Xeno Meienberg.

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