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Item: Treppen- und Podeste-System für Jupitersonde

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Spezialpodest für Spezialmission

Item hat in Zusammenarbeit mit Airbus ein spezielles Treppen- und Podeste-System als Arbeitsbühne für Tests und Unterkonstruktion für einen Messarm konzipiert.

Das Podest darf keinerlei Schwingungen auf Messarm und Messinstrumente übertragen. Daher wurden sechs separate Baugruppen konstruiert, die zum Airbus Astrolabe in Toulouse transportiert und vor Ort montiert wurden. © Airbus

Es ist eine spektakuläre Mission: Die Raumsonde Juice (Jupiter Icy Moons Explorer) erforscht fast vier Jahre lang das Jupitersystem mit seinen drei Eismonden, um festzustellen, ob es dort potenzielle Lebensräume gibt. Die Sonde der europäischen Weltraumorganisation ESA wurde in den vergangenen Jahren von Airbus entwickelt und gebaut. Sie wird aktuell für den Start vorbereitet. Doch zuvor absolvierte die Raumsonde zahlreiche Tests in den Airbus-Satellitenintegrationszentren in Friedrichshafen und Toulouse. Dafür konstruierte Item ein spezielles Treppen- und Podeste-System, das eine sichere Arbeitsbühne für die Mitarbeiter bot und als Unterkonstruktion für einen rund zehn Meter langen Messarm fungierte.

Spezielle Konstruktion für einen empfindlichen Messarm

Airbus entwickelte im Auftrag der ESA eine Raumsonde, die, mit Messinstrumenten und Sensoren ausgestattet, das Jupitersystem erforschen soll. Juice soll vor allem die Ozeane unter der eisigen Oberfläche der Jupitermonde mithilfe von magnetischen Sensorsystemen untersuchen. Denn die Magnetfelder geben Auskunft über den inneren Aufbau der Himmelskörper. Daher ist der Magnometerausleger (Magboom) ein wichtiger Bestandteil der Raumsonde. An diesem Messarm sind fünf magnetisch empfindliche Messinstrumente befestigt. Er wiegt insgesamt circa 50 Kilogramm, besteht aus nichtmagnetischen Materialien und lässt sich bis zu einer Länge von 10,6 Meter ausklappen. So wird gewährleistet, dass die vorgenommenen Messungen nicht durch die Raumsonde beeinflusst werden. Doch bevor die 6,2 Tonnen schwere Raumsonde im nächsten Jahr ihre Reise zum Jupiter antritt, muss sie sich erst noch einer Bewährungsprobe unterziehen. Im August 2021 wurde Juice daher für die Endmontage und letzte Tests ins Satellitenintegrationszentrum von Airbus in Toulouse transportiert. Dort wurden finale Tests am Satelliten und am aufwändig konzipierten Magboom vor seinem Einsatz im All durchgeführt.

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Konstruktion unterstützt den Messarm optimal

Dazu benötigte Airbus eine Konstruktion, die es den Ingenieuren und Technikern ermöglichte, Installationsarbeiten und Prüfungen an dem empfindlichen Arm vorzunehmen. Der Entfaltarm ist in maximaler Leichtbauweise konstruiert und für eine Umgebung ohne Einfluss der Erdgravitation dimensioniert. Um diesen dennoch auf der Erde zu Testzwecken entfalten zu können, bedurfte es einer speziellen Unterkonstruktion, die den Arm während der Entfaltung unterstützte, um Beschädigung oder Abknicken zu verhindern. Hier kam Item ins Spiel. Der Pionier bei Systembaukästen für industrielle Anwendungen konzipierte in Zusammenarbeit mit Airbus ein spezielles Treppen/Podeste-System. Erstellt wurde eine Konstruktion, die den Messarm optimal unterstützte, sodass er trotz seiner beeindruckenden Länge teilweise ausgefahren werden konnte. Die Profile eignen sich besonders für das Projekt, da sie aus Aluminium bestehen und somit magnetisch kompatibel mit der Raumsonde sind.

Mehr als 4.000 Einzelteile für die Arbeitsplattform

Insgesamt lieferte Item sechs Baugruppen an Airbus. Daraus entstand ein rund 5.700 Millimeter breites und 5.330 Millimeter langes Podest mit Geländern auf einer Höhe von 1.300 Millimeter, das über eine Treppe erreichbar ist. Es wiegt etwa 2,8 Tonnen und besteht aus mehr als 4.000 Einzelteilen. Die gesamte Konstruktion sollte hauptsächlich einem Zweck dienen: der Simulation gravitationsfreier Bedingungen, möglichst ähnlich denen im Weltall, zum Zwecke der Magboom-Entfaltung. Das Treppen- und Podeste-System sollte eine optimale Unterkonstruktion für den Magboom sein und ihn optimal abstützen. Darüber hinaus musste eine Arbeitsfläche geschaffen werden, die es den Mitarbeitern erlaubte, Prüfungen an dem Messarm vorzunehmen, ohne Schwingungen oder Vibrationen auf das Testobjekt und den Satelliten zu übertragen. Die Standfläche der Mitarbeiter musste daher von der Unterkonstruktion des Magboom mechanisch komplett entkoppelt werden.

Rostfrei und reinraumtauglich

Der mehr als zehn Meter lange Magboom lässt sich dank der Unterkonstruktion sicher ausfahren. So können letzte Tests vor dem Start ins All durchgeführt werden. © Airbus

Alle Komponenten mussten rostfrei sein, reinraumtauglich, ESD-geschützt und durften nur einen sehr geringen Eigenmagnetismus aufweisen, damit die Messergebnisse nicht durch die Konstruktion verfälscht werden. So wurden beispielsweise Nutensteine, Standfüße, Winkel und Schrauben aus Edelstahl gefertigt. Die Plattform wurde für eine Belastung von 200 Kilogramm pro Quadratmeter ausgelegt, der oberste Einsatztisch – der sogenannte Rollerskate – sollte eine statische Last von 100 Kilogramm tragen können. Da dieser Rollerskate mithilfe eines Krans auf das mittlere Podest gehoben und dort ausgerichtet wurde, musste er zusätzliche Belastungen durch den Transport aushalten. Die elastische Verformung der Oberfläche durfte nicht mehr als einen Millimeter betragen.

Keine Schwingungen erwünscht

Es durften keine Schwingungen auf Messarm und Messinstrumente übertragen werden, daher wurden mehrere Podeste als separate Baugruppen konstruiert. Der Rollerskate liegt an mehreren Punkten auf der mittleren Podestebene auf. Kräfte werden in den Boden abgeleitet. Die sechs Baugruppen – linkes, mittleres und rechtes Podest, Brücke, Treppe und Rollerskate – können einzeln transportiert werden. Die einzelnen Podeste werden mithilfe der am Gestell montierten Lenkrollen an die richtige Position geschoben. Höhenverstellbare und rutschfeste Stellfüße liefern die nötige Stabilität und ermöglichen eine erste Justierung. Das mittlere Segment lässt sich dreifach in der Höhe verstellen. Alle Ebenen mussten präzise in der Höhe ausgerichtet werden können.

Transport nach Toulouse in speziellen Kisten

Die Konstruktion von Item lieferte eine ideale Arbeitsumgebung, bestätigt Airbus. Die Testingenieure konnten komfortabel Messköpfe modifizieren und die notwendigen Tests durchführen. Alle Bereiche waren ideal zugänglich. Auch hinsichtlich Arbeitsschutz und Sicherheit war das Podestsystem ideal. Die gesamte Konstruktion wurde vor Ort bei Item geprüft und abgenommen und sodann in einzelnen Baugruppen und speziell angefertigten Kisten nach Frankreich transportiert.

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