- © Foto: DLR -
DAUN, 20.04.2017 - 12:43 Uhr
Technik - Satellit

DLR-Forscher entwickeln und testen Batterien für Satelliten

Projekt „DLRbat“

Das Projekt DLRbat des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) forscht daran, den Testaufwand und damit die Kosten für in der Raumfahrt genutzte Batterien zu verringern und somit Satelliten schneller und günstiger in den Weltraum zu bringen. Bereits heute kommen Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz, wie im DLR-Satelliten Eu:CROPIS. Er soll mittels zwei spezieller Gewächshäuser die Zucht von Pflanzen unter Bedingungen untersuchen, wie sie in Mond- oder Marshabitaten herrschen könnten.

Ob für Bordcomputer, Steuerungssysteme, Sensoren und Kameras oder wissenschaftliche Experimente – beim Flug durchs All benötigen Satelliten jede Menge Energie. Scheint die Sonne auf den Satelliten, erzeugen Solarzellen diese Energie. Befindet er sich im Schatten der Erde, stellen Batterien die notwendige elektrische Leistung zur Verfügung. Wie alle Komponenten für die Raumfahrt müssen diese Batterien extrem sicher und zuverlässig funktionieren. Entsprechend werden sie vor ihrem Einsatz oft über mehrere Jahre umfangreich und kostenintensiv getestet.

Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) arbeiten im neuen Forschungsprojekt DLRbat daran, den Testaufwand und damit die Kosten zu verringern und somit Satelliten schneller und günstiger in den Weltraum zu bringen. Zusätzlich erproben und entwickeln sie neue Batterietechnologien auf Lithium-Schwefel- und Lithium-Luft-Basis.

Gesamte Wertschöpfungskette im Blick

Das Besondere am Projekt: Es deckt die ganze Wertschöpfungskette ab – von den elektrochemischen Grundlagen bis hin zur tatsächlichen Anwendung in Satelliten. Dazu bringen fünf DLR-Institute aus den Forschungsbereichen Raumfahrt und Energie ihre Kompetenzen ein. Das Institut für Technische Thermodynamik entwickelt Batteriesysteme und die benötigte Steuerungselektronik. Da der Faktor Gewicht ein ausschlaggebendes Kriterium in der Raumfahrt ist, arbeitet das Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik an einer sehr leichten und gleichzeitig sehr stabilen Batteriestruktur, welche die einzelnen Batteriezellen zusammenhält. Das Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik bringt seine Expertise bei der Simulation von Energiesystemen ein, während das Institut für Optische Sensorsysteme daran forscht, wie mittels Superkondensatoren kurzzeitig sehr hohe Leistungen im Satelliten ermöglicht werden können. Das Institut für Raumfahrtsysteme verfügt über Anlagen, um raumfahrtspezifische Test durchzuführen. Diese simulieren zum Beispiel die starken Vibrationen beim Start einer Rakete oder die Bedingungen im Vakuum.

Kostenvorteile durch virtuelle Batterieentwicklung

Während viele Strukturen für Flugzeuge, wie beispielsweise Tragflächen, schon heute virtuell am Computer entworfen und erprobt werden, müssen Batteriesysteme für die Raumfahrt immer noch mittels sehr aufwändiger Verfahren im Labor oder an Prüfständen getestet werden. „Wenn es uns gelingt, für Batterien einen ähnlichen Prozess zu entwickeln, sprich die ganze Wertschöpfungskette von der Materialentwicklung bis zur Anwendung mittels Computersimulation zuverlässig nachzubilden, schaffen wir damit einen hohen wissenschaftlichen Mehrwert und sparen Zeit und Kosten“, fasst Prof. André Thess, Direktor des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik einen Schwerpunkt des Projekts zusammen.

Batterietechnologie der nächsten Generation

Ein weiteres zentrales Thema im Projekt „DLRbat“ sind zukunftsweisende Batterien auf Lithium-Schwefel- und Lithium-Luft-Basis. Diese Technologien haben das Potenzial, das Doppelte und mehr an Energie zu speichern als die bisher zum Einsatz kommenden Lithium-Ionen-Batterien. Für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt wie im bodengebundenen Verkehr werden sie deshalb in Zukunft eine hohe Bedeutung haben. Neben den allgemeinen Anforderungen an diese Batterien der übernächsten Generation sollen besonders auch die Herausforderungen, die aus den extremen Bedingungen in der Raumfahrt resultieren wie etwa Vakuum und Strahlung, im Projekt genau untersucht werden.

Im Rahmen der DLR-Satellitenmission „S2TEP“ (Small Satellite Technology Platform), die für das Jahr 2019 geplant ist, soll die Leistungsfähigkeit einer entsprechenden Batterie umfassend getestet werden.


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