Raumfahrzeugentwurf (Vorlesung)

Vortragende/rAlexander Hoehn [L], Martin Dziura
Stellung in StudienplänenSiehe TUMonline
Angeboten imWintersemester 2016/17
Umfang2 Semesterwochenstunden
AnmeldungSiehe „Teilnahmekriterien & Anmeldung“
TermineSiehe TUMonline

Termine

Ziel (erwartete Lernergebnisse und erworbene Kompetenzen)

Nach der Teilnahme an der Modulveranstaltung sind die Studierenden in der Lage, die komplexen Zusammenhänge zwischen Weltraumumwelt, Raumfahrtsystemen, deren Mission und den Ingenieurlösungen zu verstehen. Sie wissen, wie man Anforderungen an ein System stellt, und mögliche Systemlösungen erarbeiten kann. Sie sind in der Lage, mögliche Systemanalysen und Lösungsoptimierungen aufzustellen und durchzuführen. Nach Besuch der Veranstaltung können die Studenten Raumfahrtsysteme auf Missionslevel auslegen und besitzen grundlegende Basiskenntnisse, die für eine Gesamtsystemkompetenz und Designprozess-verständnis benötigt werden. Kenntnisse über Funktion, Auslegungsoptionen und Charakteristiken der verschiedenen Subsysteme werden vermittelt. Prozesse des Raumfahrzeugentwurfs werden praxisnah vermittelt.

Inhalt

• Designprozesse und Einführung Raumfahrzeuge und deren Subsystems, Systemdesign.
• Nutzlasten und Nutzlastsysteme: Wissenschaftsexperimente und deren Sensorik. Bemannte / unbemannte Raumfahrzeuge, Explorationssysteme, Surface Systems. Kommunikations-Nutzlasten.
• Data Handling and Communications: Kommunikationsstrukturen;
Link-Budgets; Atmosphäreneinfluss; Antennen; Telemetry & Command TT&C; Kanalkodierung; Error Correction; Modulation; Frequenzbänder
• Energieversorgung: Energiequellen im Weltraum; Solarzellen; Energiespeicher & Laderegelung; Brennstoffzellen; RTGs & Kernreaktoren; Solardynamische Anlagen; Batterien
• Thermalkontrolle: Strahlungswärme-Bilanz; Thermal-Modellierung; Thermalkontroll-Maßnahmen
• Sensorik und Aktuatoren zur Satellitendynamik und Regelung.
• Mechanische Systeme und Struktur.
• Subsystem-Komponenten und Nutzlastqualifikationsprozesse, Schnittstellen, Sicherheit-, Funktions-, Umgebungstest. Verifizierung und Validierung.
• System Integration und Test: Funktions- und Qualifikationstests, Umweltkompatibilitätstest, Modellverifizierung, Testprozesse
• Operationskonzepte

Inhaltliche Voraussetzungen

Grundlagen der Raumfahrttechnik (TUM Vorlesung) oder äquivalente Grundkenntnisse in Raumfahrttechnik und Raumfahrtphysik

Lehr- und Lernmethode

In der Vorlesung werden die Lehrinhalte anhand von Vortrag, Präsentation und Tafelanschrieb vermittelt. Für Studenten ohne Vorkenntnisse wird entweder das allgemeines Lehrbuch von John Sellers "Understanding Space" (Englisch), oder mathematisch-physikalisch anspruchsvoller das Buch 'Astronautics' von U.Walter zur eigenständigen Vorbereitung empfohlen. Die technischen Inhalte werden in der Vorlesung in Theorie und Anwendungsbeispielen dargelegt, und in der begleitenden Übung wichtige Kernpunkte und Anwendungen praxisnah wiederholt und vertieft behandelt. Die Studenten lernen anhand von Überschlagsrechnungen und Abschätzungen Systemauslegungen durchzuführen. Die Übung gibt darüber hinaus Beispiele und Informationen zu aktuellen Themen in der Raumfahrt. Zur Vorlesungsnacharbeit wird eigenständige Recherche, Problembearbeitung und Literaturdurchsicht erwartet.

Studien-/Prüfungsleistungen

Schriftlichen Prüfung mit Anwendung der vermittelten Inhalte auf verschiedene Problemstellungen. Ca. 10 bis 30 Einzelproblemen, die den gesamten Vorlesungs- und Übungsinhalt abdecken, dazu Kurzfragen, Verständnisfragen, als auch quantitative ingenieurwissenschaftliche Problemlösungen zu ungefähr gleichen Anteilen. Geprüft wird vor allem das Verständnis der raumfahrttechnischen Ingenieurlösungen und die Anwendung der gängigen Auslegungsmethoden. Studierende müssen unter Beweis stellen, dass sie in der Lage sind, die in der Raumfahrttechnik auftretenden Einflussfaktoren und deren komplexe Zusammenhänge zu verstehen, und die daraus auf die Raumfahrzeugauslegung und die Mission resultierenden Anforderungen erfassen und anhand von Abschätzungen machbare Lösungen finden können. Für die Bearbeitung der Prüfung wird den Studenten eine Formelsammlung bereitgestellt. Außer einem nichtprogrammierbaren Taschenrechner sind sonst keine weiteren Hilfsmittel erlaubt.

Literatur

Für die Grundlagen:
1. John Sellers "Understanding Space", oder
2. U. Walter, Astronautics, Wiley-VCH, ISBN 3-527-40685-9 (siehe auch Grundlagen der Raumfahrttechnik).

Ein themenspezifischer weiterführender umfangreicher Literaturüberblick ist in den Vorlesungsunterlagen gegeben. Vorlesungsbegleitend wird z.B.
1. Handbuch der Raumfahrttechnik, 4. Ausgabe, W. Ley, K.Wittmann, W. Hallmann (Herausgeber), Hanser Verlag, 2011, ISBN 978-3-446-41185-2, ca. € 149,-
2. alternatively in Englisch: "Handbook of Space Technology (Library of Flight)" [Englisch], Wilfried Ley, Klaus Wittmann, Willi Hallmann, ca. €105.
3. Wertz et al. "Space Mission Engineering: The New SMAD" ca. €105, oder
4. V.L. Pisacane, R.C.Moore (eds.) "Fundamentals of Space Systems",

auch als Langzeitinvestition für den Raumfahrtingenieur empfohlen.

Online-Informationen