Mit Cosmos in den Weltraum

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Konstruktionsbegleitende Analyse mit Cosmos
Mit Cosmos
in den Weltraum
SUBORBITAL. Der Weltraumpionier
Burt Rutan, Miteigentümer des kalifornischen Technologieunternehmens Scaled Composites, hat der
Welt gezeigt, dass es auch für Privatpersonen möglich ist, ins Weltall zu
reisen. Im Oktober 2004 trat das
erste privat bemannte Raumschiff,
SpaceShipOne, einen 100 Kilometer
hohen, suborbitalen Flug ins Weltall
an und gewann damit den mit 10
Millionen US-Dollar dotierten Ansari X-Prize.
Revolutionäres Konzept
Das SpaceShipOne ist mit nichts
vergleichbar, was die Nasa jemals
geflogen hat. Es startet wie eine Ra-
kete, richtet sich für den Wiedereintritt in die Atmosphäre waagrecht
aus und landet sanft wie ein Flugzeug. Um die Passagiere des Raumschiffs ausreichend zu schützen,
wurde der Raum mit Sicherheitsstufe 3 konstruiert. Normale Flugzeuge werden mit Sicherheitsstufe
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1,5 konstruiert. Die Insassen des
SpaceShipOne müssen keine unförmigen Astronautenanzüge tragen.
Alles ist darauf ausgelegt, die Reise
in den Weltraum angenehmer, aber
gleichzeitig auch sicher zu gestalten.
Für einen perfekten Wiedereintritt
in die Erdatmosphäre entwickelte
Rutan eine revolutionäre abklappbare Konstruktion, die Heck und
Flügel des SpaceShipOne anheben
kann. Das Raumschiff reagiert dadurch wie ein Federball, der unabhängig davon, wie oder wo er getroffen wird, immer mit den Federn
nach oben fällt. Der Antrieb des
SpaceShipOne basiert auf einem
Hybridsystem mit chemischer Verbrennung, bei dem gleichzeitig fester und flüssiger Brennstoff verwendet wird.
Konstruktionsbegleitende
Analyse
Die Konstruktionsanalyse spielte
bei der Definiton dieser komplexen
Struktur eine bedeutende Rolle.
Scaled Composites verwendete dabei eine ganze Reihe an Analysewerkzeugen, darunter die Konstruktionsprüfungs-Software Cosmos von SolidWorks, mit der die
Konstruktion des SpaceShipOne
von statischen und dynamischen
Analysen an Rumpf, Flügeln und
Heck begleitet wurde. Schon während der Konstruktion konnten dadurch unterschiedliche Belastungs-
tests definiert und ausgeführt werden. Scaled Composites verwendete
Cosmos unter anderem für die Prüfung der umfangreichen Oberflächenlaminierungen des Rumpfes
und der Flügel sowie für Untersuchungen der kompletten Flugzeugzelle, inklusive Heck, Flügel, Feder,
Rumpf und Innenraum. Auch ein
Teil des Raketenmotors wurde mit
Cosmos überprüft. Mit den konstruktionsbegleitenden
Analysen
konnten unterschiedliche Modellansätze simuliert und miteinander
verglichen werden.
Ein gutes Beispiel dafür, wie mit
dieser Arbeitsweise optimale Lösungen ermittelt werden konnten,
ist die Gestaltung der Fenster von
SpaceShipOne: Hier war eine nichtlineare Analyse besonders wichtig.
Nachdem die Fenster sich durch
den Kabinendruck nach außen verformen, musste der Druck, der auf
den Fensterrand einwirkt, richtig
eingeschätzt werden. Die Fenster
bestehen aus zwei Schichten. Während das innere Fenster den Luftdruck aushalten muss, schützt das
äußere das Raumschiff gegen alles
was gegen das Fenster stoßen könnte. Aufgrund der mit diesen Analysen gewonnenen Erkenntnisse entschieden sich die Konstrukteure für
viele kleine Fenster und nicht für
ein großes, wie es sonst bei Raumschiffen üblich ist.
Auch das Fahrwerk und die Tragflächen der Flügel des Trägerflugzeugs White Knight, von dem aus
SpaceShipOne in einer Höhe von
etwa 14 Kilometern startet, wurden
mit Cosmos konstruktionsbegleitend überprüft.
KW
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