Raumfahrtplanung SMAD: Schlüssel zur effizienten Raumfahrtmission

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Noch bevor der erste Triebwerkstest erfolgt, läuft Space Mission Analysis and Design, SMAD, längst auf Hochtouren – mit einem Ziel: Raumfahrtmissionen optimal planen, Risiken minimieren, Milliarden sparen.

SMAD stellt den systematischen Ansatz für die Planung und den Entwurf von Raumfahrtmissionen dar. Er umfasst alle Aspekte - von den Missionsanforderungen über die Auswahl des Trägers bis hin zur Auslegung der Nutzlast und der Kommunikationstechnik. Ziel ist es, die Missionsziele mit minimalem Risiko und optimalen Kosten zu erreichen. In einer Branche, in der selbst kleine Missionen schnell mehrere hundert Millionen Dollar kosten und über mehrere Jahre entwickelt werden, ist dies nicht nur wünschenswert, sondern unerlässlich.

Systematische Planung durch SMAD

SMAD integriert verschiedene technische Disziplinen in einem durchgängigen Analyse- und Entwurfsprozess. Ziel ist es, technische Machbarkeit, wirtschaftliche Effizienz und betriebliche Robustheit in Einklang zu bringen. Folgende Kernbereiche stehen dabei im Fokus:
Missionsanalyse: Auswahl der geeigneten Umlaufbahn, Berechnung optimaler Startfenster, Analyse von Sichtbarkeiten und Kommunikationszeiten.
Fahrzeugdesign: Auslegung von Raumfahrzeugen und Satelliten hinsichtlich Struktur, Thermalsystemen, Energieversorgung und Strahlungsschutz.
Systemintegration: Entwicklung eines konsistenten Gesamtsystems unter Berücksichtigung aller Subsysteme, Schnittstellen und Missionsszenarien.
Kommunikationssysteme: Sicherstellung der durchgängigen Datenverbindung zwischen Bodenstationen und Raumfahrzeugen unter variablen Ausrichtungen und Flugphasen.
Operationskonzepte: Planung von Missionsphasen, Echtzeitbetrieb, Kollisionsvermeidung und autonome Entscheidungsfindung.
Test und Validierung: Einsatz virtueller Testverfahren zur Vermeidung aufwändiger und oft nicht realisierbarer physischer Tests.

Darum sind simulationsgestützte Analysen entscheidend

Die Komplexität heutiger und zukünftiger Missionen erfordert präzise Vorhersagen der thermischen, strukturellen, orbitalen und operationellen Eigenschaften von Raumfahrtsystemen. Simulationen ermöglichen es, diese Vorhersagen frühzeitig zu treffen, Abhängigkeiten zu analysieren und Alternativen effizient zu bewerten.
Ein konkretes Beispiel aus der Missionsplanung zeigt, wie simulationsgestützte Analysen entscheidend sein können: Ein Raumfahrzeug ist auf dem Weg zum Mond und muss unterwegs immer wieder seine Lage im Raum anpassen, etwa um wissenschaftliche Instrumente vor Überhitzung zu schützen oder eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu gewährleisten. Gleichzeitig muss die Antenne des Fahrzeugs in bestimmten Phasen der Reise so ausgerichtet werden, dass der Kontakt zur Bodenstation aufrechterhalten bleibt.

Simcenter-Update

Verbesserte Simulation in der Luft- und Raumfahrt

Mit Simulationen Missionsrisiken identifizieren und reduzieren

Mit Hilfe der Simulation kann beispielsweise untersucht werden, welche Antennenpositionen in verschiedenen Fluglagen noch eine stabile Verbindung zur Erde ermöglichen. Es lässt sich darstellen, zu welchen Zeiten und in welchen Flugphasen der Kontakt möglicherweise abreißen würde - und ob alternative Positionierungen oder redundante Systeme notwendig sind.

Gleichzeitig kann untersucht werden, wie sich die wechselnde Sonneneinstrahlung auf die Solarpanels auswirkt oder welche Oberflächenbereiche thermisch besonders belastet werden. Kritische Aspekte des Raumfahrzeugdesigns und der Missionssteuerung können so frühzeitig im digitalen Modell bewertet werden. Simulationen tragen somit wesentlich dazu bei, Missionsrisiken bereits in der frühen Designphase zu identifizieren und zu reduzieren. Sie ermöglichen ein iteratives Vorgehen, den Vergleich von Designvarianten und das frühzeitige Abwägen von Technologieentscheidungen. Zudem können Kosten und Zeitaufwand reduziert werden, da physische Tests nur noch gezielt und ergänzend zu virtuellen Modellen notwendig sind.

Mit SMAD zu einer präzisen, robusten und effizienten Missionsplanung

Mit der zunehmenden Kommerzialisierung der Raumfahrt verändern sich die Anforderungen an SMAD. Der Trend entwickelt sich hin zu kleineren, kostengünstigeren und flexibler einsetzbaren Systemen. Die Missionsprofile werden vielfältiger, etwa durch Projekte im cislunaren Raum (zwischen der Erde und dem Mond oder der Umlaufbahn des Mondes liegend, Anmerkung der Redaktion) oder die Nutzung gemeinsamer Startkapazitäten. Darüber hinaus gewinnen autonome Systeme an Bedeutung, sowohl in der Navigation als auch bei der Entscheidungsfindung im Missionsverlauf. Diese Entwicklungen erfordern weiterentwickelte Analysewerkzeuge, skalierbare Simulationsmodelle und integrative Planungsansätze, um weiterhin robuste und wirtschaftlich tragfähige Missionen zu ermöglichen. SMAD ist das Rückgrat der Raumfahrtprogrammplanung. Durch systematische Analyse, umfassende Simulation und integrierte Systementwicklung wird sichergestellt, dass Raumfahrtmissionen die technischen, wirtschaftlichen und operationellen Anforderungen erfüllen. In einer Branche, in der Fehlentscheidungen immense Auswirkungen haben können, ermöglicht SMAD eine präzise, robuste und effiziente Missionsplanung - vom ersten Konzept bis zum Einsatz im Weltraum.