Jedes Kilogramm, das in den Weltraum geschossen wird kostet Geld, daher ist die Gewichtseinsparung auch bei Steckverbindern von entscheidender Bedeutung.

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Spezielle Konstruktionsüberlegungen Stecker und Kabel im Weltall

19.05.2021

Erstaunliche selbständig landende Raketenbooster, Sonden, die tief im Weltall von Asteroid zu Asteroid reisen, und die Wiedererweckung von Mondmissionen nach mehr als einem halben Jahrhundert – die Erforschung des Weltraums ist ein brandaktuelles Thema. Jonathan Parry von PEI-Genesis beschreibt hier die besonderen Überlegungen, die bei weltraumtauglichen Kabeln und Steckverbindern angestellt werden müssen.

Hier auf der Erde kann man leicht vergessen, wie gut wir es haben. Nur 100 Kilometer höher findet man glühende Hitze, eisige Kälte und Druckverhältnisse, die an ein Vakuum grenzen. Allein das Überwinden der Anziehungskraft der Erde ist eine monumentale Hürde – kein Wunder also, dass Trägerraketen oft die Größe von Hochhäusern erreichen.

Jegliche Ausrüstung, die in den Weltraum gesendet wird, ist außerdem für Wartungsarbeiten völlig unzugänglich, was bedeutet, dass selbst kleinste Konstruktionsdetails beachtet werden müssen, wobei Steckverbinder und Kabel ganz oben auf der Liste stehen. Sollte nämlich etwas abbrechen oder sich lösen, dann kann sich ein wichtiges wissenschaftliches Projekt im Handumdrehen in ein sehr großes und sehr teures Feuerwerk verwandeln.

In der luftlosen Höhe

Jedes Kilogramm, das in den Weltraum geschickt wird, kostet Tausende von Dollar, daher ist die Gewichtseinsparung von entscheidender Bedeutung. Dies kann leichte Kunststoff-Steckverbinder sehr attraktiv machen, da sie im Vergleich zu anderen Materialien eine höhere Zugstärke bei geringeren Gewicht bieten. Für Kunststoffe kann jedoch die vakuumähnliche Umgebung des Weltalls Probleme mit sich bringen.

Der Grund dafür ist, dass bei Kunststoffen in einem Vakuum ein als Ausgasung bezeichneter Prozess auftritt, der das Material zersetzt. Dabei kocht der extrem niedrige Außendruck flüchtige Verbindungen buchstäblich aus dem Polymergitter heraus.

Ausgasung vermeiden

Dies kann eine Reihe negativer Auswirkungen haben. Erstens entzieht eine ungeregelte Ausgasung dem Kunststoff einige der Partikel, die ihn zusammenhalten, so dass Komponenten spröde werden und eine deutlich reduzierte Lebensdauer aufweisen. Darüber hinaus kann die Wolke loser Partikeln auf Oberflächen im Inneren des Raumfahrzeugs, wie zum Beispiel Sensoren und anderen Geräten, die Funktionalität negativ beeinflussen.

Da für das Austauschen spröde gewordener Steckverbinder und das Reinigen verschmutzter Sensoren eine zusätzliche Rakete erforderlich wäre, ist es entscheidend wichtig, die Ausgasung zu vermeiden. Eine Methode, um dies zu erreichen ist, die Steckverbinder vor dem Start speziell zu behandeln.

Bei PEI-Genesis wird dies durch das Backen seiner breiten Palette weltraumtüchtiger Steckverbinder in einem vakuumversiegelten Ofen erreicht. Dieser Prozess blutet allmählich die flüchtigen Stoffe aus dem Kunststoff, so dass keine weitere Ausgasung erfolgen kann, während gleichzeitig die Festigkeit des Materials beibehalten wird. Die Steckverbinder werden dann genau inspiziert und getestet, um sicherzustellen, dass sie die strengen Anforderungen der Bereiche Raumfahrt und Militär erfüllen.

Problem Restmagnetismus

Metallische Steckverbinder können ein weiteres Problem mit sich bringen – den Restmagnetismus. Dieses permanente Magnetfeld kann die Leistung von Geräten und Sensoren in dessen Nähe extrem beeinträchtigen, so dass die von ihnen abgerufenen Daten möglicherweise ungenau sind.

Zu den Geräten, die Magnetfeldern gegenüber empfindlich sind, gehören unter anderem CCD-Kameras, Schwingungssensoren und Beschleunigungsmesser, gyroskopische Reaktionsräder, Bimetallthermometer und natürlich Magnetometer. Durch derartige Interferenzen verursachte Messfehler können kritisch wichtige Daten potenziell bedeutungslos machen und unter Umständen zu einem vollständigen Systemausfall führen, wenn sie nicht identifiziert werden.

Restmagnetismus entfernen

Das Vermeiden von Restmagnetismus in Steckverbindern hängt in erster Linie von den verwendeten Materialien ab. Wo immer möglich sollten nichtmetallische Steckverbinder verwendet werden, oder aber metallische Steckverbinder, die speziell mit geringem Restmagnetismus konstruiert sind, wie zum Beispiel die ITT NM/NMB D Sub-Serie. Diese sind in einer Vielzahl metallischer Schalenmaterialien erhältlich, von niedermagnetischem Messing und Aluminium bis hin zu speziell entmagnetisiertem Edelstahl. Sie wurden alle getestet, um sicherzustellen, dass sie weltraumtauglichen Standards entsprechen.

Das Prinzip „What goes up, must come down“ gilt im Weltall zwar nicht immer zwingend, aber wenn systemkritische Komponenten oder wichtige Ausrüstung schlecht funktioniert oder im Orbit Fehler entwickelt, kann dies zu einem ernsten Problem werden. Es ist eine extrem schwierige Aufgabe, Geräte ins All zu bringen, daher sollte es für Raumschiffkonstrukteure eine der wichtigsten Prioritäten sein, nur hochwertige und weltraumtaugliche Steckverbinder zu verwenden.

Bildergalerie

  • Steckverbinder müssen im Weltraum über einen langen Zeitraum sicher funktionieren.

    Bild: PEI Genesis

  • Beim Raketenstart sind Steckverbinder extremen Belastungen ausgesetzt.

    Bild: PEI Genesis

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