T. Maheswaran, J. Herrmann, S. Fasoulas

Weltraumgestützte Sonnenschilde könnten den Anstieg der globalen Erwärmung zeitlich limitieren, um ausreichend Zeit für die Energiewende zu gewinnen. Das Konzept sieht vor, große, leichte Strukturen, vorzugsweise aus Weltraumressourcen, im Lagrange-Punkt L1 zwischen Sonne und Erde zu platzieren, um einen Bruchteil des Sonnenlichts davon abzuhalten, die Erde zu erreichen, indem es bereits im All reflektiert wird. Die Fertigung und Montage im Weltraum (ISMA) könnte die Herstellung großer, lastoptimierter Strukturen in der Erdumlaufbahn unter Verwendung von Materialien und Ressourcen ermöglichen, die in der Weltraumumgebung zur Verfügung stehen, wie z. B. Mond- oder Asteroidenmaterial, anstatt Strukturen vollständig montiert von der Erde aus zu starten. Das "International Planetary Sunshade"-Konzept (IPSS) konzentriert sich daher auf ein evolutionäres Design für Sonnenschilde, die im Weltraum hergestellt und montiert werden, um durch die fortschreitende Integration von Weltraumressourcen und innovativen Technologien ein zukunftsfähiges Design zu erreichen. Diese Sonnenschilde sollen in einer bestimmten Konstellation positioniert werden, um eine komplexe Schattenwirkung zu erzielen, die eine kontrollierte Reduktion der Sonneneinstrahlung bei gleichzeitiger Berücksichtigung regionaler und saisonaler Schwankungen ermöglicht. Die logistische Plattform umfasst robotergestützte und autonome Systeme, die die aufbereiteten Rohstoffe einsammeln und zu den Logistikzentren transportieren, sowie ISMA-Anlagen, die die Sonnenschildstrukturen auf Basis additiver Fertigungsverfahren herstellen und zusammensetzen. Das evolutionäre Design des Sonnenschildes ermöglicht Materialvariationen und eine schrittweise Weiterentwicklung zu einer mehrschichtigen Struktur, die auf spezifische Wellenlängen des Sonnenlichts zugeschnitten ist. Eine finale Konfiguration könnte auch eine skalierbare, modulare Systemarchitektur für einen weltraumgestützten Solarenergiesatelliten darstellen, der sowohl für terrestrische als auch lunare Applikationen eingesetzt werden könnte. Die Komplexität des Gesamtsystems erfordert eine umfassende Analyse der technologischen, logistischen als auch fertigungsspezifischen Herausforderungen. Auf der Grundlage des evolutionären Sonnenschilddesigns, das Designanpassungen in Abhängigkeit von der zeitlichen Dringlichkeit und der technologischen Reife ermöglichen soll, wird eine technologische Roadmap in Verbindung mit einem modularen Logistikkonzept sowie skalierbaren Fertigungsanlage vorgestellt, die essentielle Kenngrößen für potenzielle Sonnenschildarchitekturen liefert und die Herstellung von Megastrukturen im Weltraum ermöglichen soll. Zusätzliche Modelle sind in der Entwicklung, um initiale Abschätzungen für Energie-, Kosten- und Risikoaspekten zu unterstützen. Das übergeordnete Ziel der Systemanalyse ist es, ein umfassendes Verständnis für ein evolutionäres Sonnenschildkonzept zu schaffen, um die gesellschaftliche Akzeptanz zu fördern. Zudem sollen die potenziellen technologischen Synergien zwischen aktuellen Explorationszielen und Klimaschutzmaßnahmen aufgezeigt werden, um eine Abstimmung mit terrestrischen Klimaschutzmaßnahmen zur Bewältigung der Klimakrise zu ermöglichen.

Space-based solar shields could limit the increase in global warming in order to gain enough time for the energy transition. The concept involves placing large, lightweight structures, preferably from space resources, at the L1 Lagrange point between the Sun and Earth to block a fraction of sunlight from reaching Earth by reflecting it already in space. In-space manufacturing and assembly (ISMA) could enable the production of large, load-optimized structures in Earth orbit using materials and resources available in the space environment, such as: B. lunar or asteroid material, rather than launching structures fully assembled from Earth. The "International Planetary Sunshade" concept (IPSS) therefore focuses on an evolutionary design for sunshades manufactured and assembled in space to achieve a future-ready design through the progressive integration of space resources and innovative technologies. These sun shields are intended to be positioned in a specific constellation to achieve a complex shading effect that enables a controlled reduction in solar radiation while taking regional and seasonal fluctuations into account. The logistics platform includes robotic and autonomous systems that collect the processed raw materials and transport them to the logistics centers, as well as ISMA systems that produce and assemble the sun shield structures based on additive manufacturing processes. The evolutionary design of the sun shield allows for material variations and gradual evolution into a multi-layered structure tailored to specific wavelengths of sunlight. A final configuration could also represent a scalable, modular system architecture for a space-based solar energy satellite that could be used for both terrestrial and lunar applications. The complexity of the entire system requires a comprehensive analysis of the technological, logistical and production-specific challenges. Based on the evolutionary sun shield design, which is intended to enable design adjustments depending on time urgency and technological maturity, a technological roadmap is presented in conjunction with a modular logistics concept and scalable manufacturing facility that provides essential parameters for potential sun shield architectures and the production of megastructures in the Space should enable. Additional models are being developed to support initial estimates for energy, cost and risk aspects. The overall goal of systems analysis is to create a comprehensive understanding of an evolutionary sunshield concept to promote societal acceptance. In addition, the potential technological synergies between current exploration goals and climate protection measures will be demonstrated in order to enable coordination with terrestrial climate protection measures to overcome the climate crisis.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2023, Stuttgart

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2023

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 11 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2023120812293938205706

10.25967/610254

In-Space-Manufacturing and Assembly, ISMA, Klimaschutz, Weltraumressourcen, Nachhaltigkeit, Solar Radiation Management, SRM, Model-Based System Engineering

Download - Bitte beachten Sie die Nutzungsbedingungen dieses Dokuments: Copyright protected

Maheswaran, T.; Herrmann, J.; Fasoulas, S. (2023): Ein modulares Konzept für die Fertigung von Sonnenschilden im Weltraum unter Nutzung von Weltraumressourcen. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/610254. urn:nbn:de:101:1-2023120812293938205706.

08.12.2023