Schweizer Adapter soll Satelliten vor Startvibrationen schützen

Beim Start von Raketen können Satelliten Vibrationen ausgesetzt sein, die stark genug sind, um empfindliche Bordelektronik zu gefährden. Ein neu in der Schweiz entwickelter Adapter soll diese Kräfte abfangen, bevor sie die Nutzlast des Raumfahrzeugs erreichen.

Forschende der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa haben das System gemeinsam mit dem Schweizer Raumfahrtunternehmen Beyond Gravity entwickelt. Das Bauteil sitzt zwischen einem Satelliten und seiner Trägerrakete. Es bildet die Verbindung, über die die Nutzlast in die Umlaufbahn gelangt.

Besonders kritisch ist die Trennung der Raketenstufen. Wenn sich eine Stufe von einer anderen löst, kann die dabei entstehende mechanische Erschütterung durch die Raketenstruktur bis in den Satelliten gelangen. Instrumente, die für die Messung feinster physikalischer Signale konstruiert sind, können durch solche Bewegungen beeinträchtigt werden, selbst wenn der Satellit strukturell intakt bleibt.

Das Projekt verleiht der Schweiz eine Rolle bei der Lösung eines sehr praktischen Problems der Raumfahrttechnik. Es verbindet die Forschung der Empa zu modernen Materialien und Strukturen mit der Erfahrung von Beyond Gravity im Bereich Satelliten- und Trägerraketenausrüstung. Der Empa-Forscher Andrea Bergamini sagte, ein besserer Schutz könne es ermöglichen, empfindlichere Messinstrumente ins All zu schicken.

Über die Arbeit wurde am 22. September 2026 berichtet, nachdem das Konzept anhand von Simulationen und Prototypentests geprüft worden war.

Der Adapter verändert, wie sich Startvibrationen durch die Struktur ausbreiten. Statt das Bauteil als passive Verbindung zu behandeln, gestalteten die Forschenden es als phononischen Kristall um, also als künstlich konstruierte Struktur, die die Übertragung mechanischer Wellen steuert.

Bei der Schweizer Konstruktion werden schädliche Längsvibrationen in Drehbewegungen umgewandelt. Integrierte Aluminiumringe drehen sich, während die Vibrationen den Adapter durchlaufen. Diese Bewegung absorbiert und zerstreut einen Teil der Energie und verringert so die Kräfte, die weiter zur Nutzlast des Satelliten gelangen.

Das Prinzip ähnelt der Art und Weise, wie gezielt konstruierte Materialien Schallwellen leiten oder blockieren können, auch wenn der Adapter mit mechanischen Vibrationen in einer Raketenstruktur arbeitet. Seine Geometrie bestimmt, wie sich die Erschütterung ausbreitet und wie die Ringe darauf reagieren. Ziel ist es, die Vibration an der Verbindungsstelle zu kontrollieren, bevor sie empfindliche Instrumente im Innern des Raumfahrzeugs erreicht.

Dieser Ansatz könnte eine gezieltere Lösung bieten, als einfach zusätzliches Gewicht oder herkömmliches Dämpfungsmaterial einzusetzen. Satellitenkonstrukteure müssen den Schutz mit strengen Vorgaben zu Gewicht, Volumen und struktureller Festigkeit in Einklang bringen. Jedes zusätzliche Bauteil muss zudem den extremen Bedingungen beim Start standhalten und im All zuverlässig bleiben.

Empa und Beyond Gravity haben die Struktur als Teil eines neu entwickelten Nutzlastadapters vorgestellt. Weitere Entwicklungsarbeiten werden zeigen, wie sie sich bei unterschiedlichen Startprofilen und Nutzlastkonfigurationen bewährt.

Simulationen und Prototypentests haben das Potenzial des Konzepts bereits gezeigt, die Flugqualifikation steht jedoch noch bevor. Laut Empa hat sich die Struktur in Computersimulationen und Tests mit einem physischen Prototyp bewährt.

Diese Ergebnisse markieren einen wichtigen Entwicklungsschritt, bedeuten aber noch nicht, dass das System bei einer Weltraummission eingesetzt wird. Ein für den Flug bestimmter Adapter muss strenge Anforderungen an Festigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, thermisches Verhalten und gleichbleibende Fertigungsqualität erfüllen. Ausserdem muss er mit den Schnittstellen der Trägerraketenanbieter und Satellitenhersteller kompatibel sein.

Beyond Gravity hat für die Erfindung eine Patentanmeldung eingereicht und damit den Kern der Konstruktion schützen lassen, während die Partner sie weiterentwickeln. Das Unternehmen mit Hauptsitz in der Schweiz liefert Systeme und Strukturen für die Raumfahrtindustrie. Seine Beteiligung eröffnet der Forschung einen Weg zur industriellen Entwicklung und zur möglichen Integration in künftige Nutzlastausrüstung.

Der Bericht nennt weder ein Startdatum noch eine Zielrakete oder eine bestimmte Satellitenmission. Auch Angaben zur gemessenen Vibrationsreduktion oder zum endgültigen Gewicht des Adapters fehlen. Diese Details werden wichtig sein, wenn Ingenieurinnen und Ingenieure das System mit bestehenden Technologien zur Entkopplung von Startvibrationen vergleichen.

In der nächsten Phase steht die Optimierung im Vordergrund. Die Forschenden müssen das Bauteil an reale Missionsanforderungen anpassen, ohne die wellensteuernde Wirkung zu beeinträchtigen, die den phononischen Kristall wertvoll macht.

Der wichtigste Nutzen der Technologie könnte in leistungsfähigeren Instrumenten liegen. Andrea Bergamini sagte, ein stärkerer Schutz vor Startvibrationen könnte es ermöglichen, Raumfahrzeuge mit empfindlicheren Messinstrumenten in die Umlaufbahn zu bringen.

Das ist für Missionen wichtig, die auf präzise Messwerte angewiesen sind. Instrumente, die kleine Veränderungen in der Umgebung erkennen, physikalische Bedingungen messen oder weit entfernte Objekte beobachten sollen, können durch mechanische Erschütterungen beeinträchtigt werden, noch bevor sie ihre Arbeit im All aufnehmen. Ein Schutz während des Starts könnte die Auswahl an Geräten erweitern, die Satellitenbauerinnen und Satellitenbauer ins All bringen wollen.

Für die Schweiz verbindet das Projekt die einheimische Materialforschung mit dem etablierten Raumfahrtsektor des Landes. Die Empa bringt Fachwissen zu Strukturen und modernen Materialien ein, Beyond Gravity Erfahrung mit Ausrüstung für Satelliten und Trägersysteme. Die Partnerschaft zeigt auch, wie sich Schweizer Unternehmen und Forschungsinstitutionen an internationalen Missionen beteiligen, selbst wenn die Starts im Ausland stattfinden.

Der Adapter ist weiterhin eine Technologie in der Entwicklung. Ingenieurinnen und Ingenieure müssen ihn optimieren, bevor er auf einer Rakete eingesetzt werden kann. Künftige Tests werden zeigen, ob sich die Leistung aus Simulationen und Prototypen auf die Flugbedingungen übertragen lässt. Eine erfolgreiche Qualifikation könnte Satellitenkonstrukteuren ein weiteres Werkzeug zur Kontrolle der Startbelastungen bieten, ohne die Nutzlasten zu vergrössern.

Das unmittelbare Ergebnis ist ein patentiertes Schweizer Konzept mit einem klaren technischen Ziel: Vibrationen an der Verbindungsstelle zwischen Satellit und Rakete zu reduzieren.