3D-gedruckte Elektronik fliegt ins All

| Redakteur: Dr. Anna-Lena Gutberlet

Ein Astronaut montiert eine frühere Version der MISSE-Hardware auf der Internationalen Raumstation während eines Weltraumspaziergangs.
Ein Astronaut montiert eine frühere Version der MISSE-Hardware auf der Internationalen Raumstation während eines Weltraumspaziergangs. (Bild: NASA)

Nano Dimension und Harris Corporation entwickeln 3D-gedruckte HF-Komponenten für Flugexperimente an Bord der ISS. Ziel des Projekts ist die Langzeitbelastung auf die Materialien durch die raue Weltraumumgebung zu untersuchen.

In den letzten Jahren haben Harris Corporation und Nano Dimension gemeinsam daran geforscht, Hochfrequenz­verstärker (RF-Verstärker) im Multimaterial-3D-Druck herzustellen und letztes Jahr einen Durchbruch erzielt: Die Leistung der 3D-gedruckten HF-PCBs ist mit der von konventionell hergestellten Schaltungen vergleichbar.

Nun treiben die Unternehmen die Entwicklung weiter: Das jüngste Projekt ist eine Machbarkeitsstudie für den Einsatz von 3D-gedruckten Hochfrequenz-Schaltungen und -Systeme für Raumfahrtanwendungen. Dazu wollen Harris und Nano Dimension den Druckprozess sowie das Design der HF-Komponenten optimieren und in einer Flugstudie an Bord der Internationalen Raumstation ISS testen.

Im Rahmen des Materials International Space Station Experiment (MISSE), einer Reihe von Experimenten, die auf Außenseite der ISS montiert sind, wird eine 3D-gedruckte RF-Antenne für den Betrieb mit 5,2 GHz und einen HF-Verstärker für den Betrieb mit bis zu 6 GHz ein Jahr lang im erdnahen Orbit (low Earth orbit, LEO) an Bord der ISS fliegen. Harris entwirft, baut und testet die Hardware für das Experiment. Das ISS National Lab ist für die Integration und den Test der Hardware in das MISSE-Modul verantwortlich.

Ziel es ist, die Auswirkung der Langzeitbelastung durch die rauen Bedingungen im Weltraum auf die Materialien zu untersuchen. Eine Herausforderung sind die extremen, mehrfach täglich wechselnden Temperaturschwankungen, die in der erdnahen Umlaufbahn zwischen -120°C und +120°C liegen können. Auch müssen die HF-Systeme einer hohen UV-Strahlung sowie konstanten Einflüssen von Mikrometeoriten standhalten. Das RF-System wird vor dem Flug, während des Flugs und nach dem Flug getestet.

„Wir sehen dies als eine große Chance, die technologische Einsatzfähigkeit der 3D-gedruckte Materialien bis TRL-9 (Technology Readiness Level (TRL), in einer LEO (low Earth orbit)-Umgebung zu qualifizieren. Und wir sind sehr optimistisch. Die bis heute entwickelten Schaltungen weisen eine gute HF-Leistung auf und sind für Raumfahrtanwendungen geeignet“, kommentiert Dr. Arthur Paolella, Leitender Wissenschaftler bei Harris Space and Intelligence Systems. „Soweit wir wissen, wird dies der erste systematische Ansatz zur Analyse von 3D-Druckmaterialien für RF-Systeme im Weltraum sein.“

Die Finanzierung des Projekts erfolgte durch das Harris Innovation Office und die Space Florida Foundation, die Wirtschaftsförderungsagentur für die Luft- und Raumfahrt des Staates Florida.

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