SunDrive aus Australien startet Entwicklung von kupferbasierten Solarzellen für Raumfahrtanwendungen

de.wedoany.com-Bericht: Am 10. November kündigten das australische Solartechnologieunternehmen SunDrive Solar und der Hersteller von Raumfahrthardware und -software Space Machines Company den Start eines gemeinsamen Forschungs- und Entwicklungsprojekts für Raumfahrt-Solarzellenarrays an. Geplant ist, die kupfermetallisierten Heterojunction-Solarzellen von SunDrive im Raumfahrzeug Optimus Viper von Space Machines Company einzusetzen. Die erste Projektphase dauert bis April 2027 und umfasst die Fertigstellung eines am Raumfahrzeugkörper montierten Solarpanels sowie eines flugtauglichen Prototyps. Zudem werden Umwelttests wie Thermovakuum- und Vibrationstests durchgeführt, um technische Validierungsdaten für die spätere praktische Anwendung im Raumfahrzeug zu liefern.

Der Kern dieser Zusammenarbeit besteht darin, die Fertigungstechnologie für terrestrische Photovoltaikzellen in Stromversorgungskomponenten umzuwandeln, die an die Raumfahrtumgebung angepasst sind. SunDrive setzt auf eine selbst entwickelte direkte Kupfergalvanisierungstechnik, bei der Kupfer das in herkömmlichen Metallisierungsverfahren für Solarzellen verwendete Silber ersetzt und so die Abhängigkeit von Edelmetallmaterialien verringert. Die kupferbasierten Heterojunction-Zellen verwenden eine ultradünne Siliziumwafer-Struktur, die sowohl die photoelektrische Umwandlungseffizienz als auch die Gewichtskontrolle berücksichtigt. Für Raumfahrzeuge beeinflusst die Masse der Solarzellenarrays die Nutzlastkonfiguration; eine Reduzierung des Gewichts der Zellkomponenten schafft mehr Massespielraum für Kommunikationsgeräte, wissenschaftliche Instrumente und andere Missionsnutzlasten.

Optimus Viper ist ein autonom operierendes Raumfahrzeug, das Space Machines Company in Planung entwickelt. Es hat eine Auslegungsmasse von etwa 200 Kilogramm und ist für Missionen im niedrigen Erdorbit vorgesehen. Bei dieser Entwicklung wird ein am Raumfahrzeugkörper montiertes Solarpanel-Konzept verfolgt, bei dem die Solarmodule direkt in die Außenstruktur des Raumfahrzeugs integriert werden, anstatt große, separat entfaltbare Solarflügel zu verwenden. Dieses Design erfordert die Abstimmung von Abmessungen der Zellkomponenten, struktureller Anbindung, Wärmeableitung und der gesamten Massenverteilung des Raumfahrzeugs.

Beide Parteien haben die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten aufgeteilt. SunDrive ist verantwortlich für die Auswahl der Solarzellen, das Komponentendesign, die Laminatherstellung und die Prüfung der elektrischen Eigenschaften; Space Machines Company übernimmt das Design des Panel-Substrats, die Struktur- und Thermoanalyse, die Montage und Prüfung der Komponenten sowie die Anbringung des Musters am Strukturmodell von Optimus Viper. Gemeinsam werden beide Parteien zudem ein Klebeverfahren zwischen Solarmodul und Substrat entwickeln, um die strukturelle Anbindung unter den Bedingungen von Startvibrationen und Temperaturschwankungen im Orbit zu gewährleisten.

Nach Abschluss der Prototypenfertigung werden die Panels Thermovakuum- und Vibrationstests unterzogen. Die Thermovakuumtests simulieren die Vakuumumgebung des Weltraums sowie extreme Temperaturzyklen und prüfen die Stabilität der Zellkomponenten, elektrischen Verbindungen und Klebeverbindungen unter Temperaturänderungen; die Vibrationstests simulieren die mechanischen Belastungen während der Raketenstartphase und überprüfen, ob die Komponentenstruktur und die Verbindungsstellen den Vibrationen während des Starts standhalten können. Die Testergebnisse dienen der anschließenden Designanpassung und der Validierung raumfahrttauglicher Produkte.

Diese Zusammenarbeit ist zugleich ein Projekt, mit dem SunDrive seine kupferbasierte Zelltechnologie von der terrestrischen Photovoltaikfertigung auf den Bereich der Raumfahrtenergie ausweitet. Australien ist derzeit bei der Versorgung mit raumfahrttauglichen Solarzellenarrays in hohem Maße von Importprodukten abhängig. Beide Parteien hoffen, durch die Kombination von heimischer Zellfertigung, Raumfahrzeug-Strukturdesign und Umweltprüfkapazitäten eine australische Lieferkette für Raumfahrt-Solarmodule aufzubauen.

Nach Abschluss der ersten Phase werden beide Parteien auf Grundlage der Prototypentestergebnisse über die weiteren Forschungs- und Entwicklungsarbeiten entscheiden. Ziele der nächsten Phase umfassen die Entwicklung entfaltbarer Solarzellenarrays sowie die Erkundung der Lieferung entsprechender Produkte an nachfolgende Raumfahrzeuge von Space Machines Company und andere Satellitenhersteller.