Akustische schwarze Löcher: Wie eine Weltraum-Technik Satelliten stabilisiert
Im Projekt "VibaVoid" entwickelt das Fraunhofer LBF eine Vibrationsdämpfung für Satelliten, auf Basis akustischer schwarzer Löcher. Sie erhöht das Leichtbaupotenzial deutlich, weil sie ohne zusätzliche Masse auskommt.
Acoustic-Black-Holes sollen zukünftig (Mikro-)Vibrationen in mechanischen Strukturen verhindern.
Foto: Fraunhofer LBF/Ursula Raapke.
Im Zentrum des Projekts steht die Integration akustischer schwarzer Löcher (ABH: Acoustic Black Hole), die Vibrationen und Schockbelastungen effizient und ohne zusätzliches Gewicht reduzieren.
Mit dieser ABH-Technik steigern Satelliten und andere Hightech-Leichtbauanwendungen ihre Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit. Raumfahrt-, Luftfahrt- und Automobilindustrie profitieren direkt von den Ergebnissen.
Inhaltsverzeichnis
Schwingungen gezielt einfangen
Startbelastungen, Mikrovibrationen und Schockbelastungen sind eine große Herausforderung für Raumfahrtstrukturen, erläutert das LBF. Sie beeinträchtigen die Funktion sensibler Komponenten und begrenzen die Nutzlast. Herkömmliche Vibrationsdämpfer benötigen zusätzliches Gewicht und komplexe Bauweisen.
Das Fraunhofer LBF setzt auf das Prinzip akustischer schwarzer Löcher: Durch gezielte Gestaltung der Bauteildicke werden Biegewellen in mechanischen Strukturen eingefangen und lokal dissipiert. So entsteht eine breitbandige Vibrationsminderung, die ohne zusätzliche Masse auskommt und das Leichtbaupotenzial deutlich erhöht.
Optimale Integration in komplexe Raumfahrtstrukturen
Die Forschenden am Fraunhofer LBF analysieren den Angaben zufolge, wie sich ABHs optimal in komplexen Raumfahrtstrukturen integrieren lassen. Mit numerischer Simulation, experimenteller Validierung und langjähriger Leichtbau-Erfahrung entwickelt das Team eine Methodik von der Anforderungsanalyse bis zum fertigen Demonstrator. Aufgrund der engen Verknüpfung virtueller Entwicklungsmethoden mit experimenteller Validierung schafft das Fraunhofer LBF belastbare Entscheidungsgrundlagen für die Auslegung und Absicherung zukünftiger Raumfahrtsysteme, heißt es weiter.
Im Projekt werden erstmals komplette Systeme mit ABHs ausgestattet und getestet. Gemeinsam mit der OHB System AG werden Anforderungen aus der Praxis direkt umgesetzt, sodass die Technik sofort in Satelliten und Instrumententräger einfließen kann.
Akustische schwarze Löcher minimieren Ausfallrisiko
Das Fraunhofer LBF verantwortet Design, Simulation und experimentelle Erprobung der neuen Strukturen. Die Entwicklung von Demonstratoren, Validierung auf Komponenten- und Systemebene sowie der Vergleich mit konventionellen Lösungen zeigen: Akustische schwarze Löcher minimieren das Risiko von Ausfällen und senken die Entwicklungsrisiken für Hersteller.
Die Technik mit großem Innovationspotenzial ermöglicht leichtere, präzisere und leistungsfähigere Systeme, die unter extremen Bedingungen zuverlässig funktionieren, führt das LBF aus.
Direkte Transformation in die industrielle Praxis
Das neue Wissen wird direkt in die industrielle Praxis transferiert und ist auch für Luftfahrt, Automobilindustrie und Maschinenbau relevant.
„Mit ‚VibraVoid‘ machen wir den Sprung von der Raumfahrt zurück zur Erde und schaffen neue Standards für vibrationsarmen Leichtbau.“
Heiko Atzrodt, Projektleiter Fraunhofer LBF
Die Ergebnisse stärken die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie – von Raumfahrtunternehmen über Zulieferer bis hin zu Betreibern.
Hintergrund: Acoustic-Black-Hole-Effekt
Wie das Fraunhofer LBF mitteilt, greift der Acoustic-Black-Hole-Effekt die Prinzipien der modernen Physik auf. Ähnlich wie Lichtteilchen, die in einem schwarzen Loch gefangen werden, werden in einem Acoustic Black Hole Schwingungen in einem speziellen Absorptionsbereich „eingefangen“ und können nicht mehr entkommen – es kommt zu einer nahezu perfekten Absorption von Schwingungen.
Die Vorteile dieser zukunftsträchtigen Technik seien immens: Sie ermögliche eine effektive Dämpfung von Körperschall in Bauteilen bei reduziertem Materialbedarf und biete daher erhebliche Gewichts- und Kosteneinsparungen sowie Pluspunkte bezüglich Recyclings. Viele industrielle Anwendungen, bei denen Schwingungen stören, können profitieren.
Mehr Information: www.lbf.fraunhofer.de/abh-technologie
(Quelle: Fraunhofer LBF)
