Die NASA erhielt 1958 den Auftrag, einen Wettersatelliten zu bauen. Tiros I war das Endprodukt der zweijährigen Entwicklungsarbeit: Der Pionier hatte die Form eines Zylinders und war mit einem Durchmesser von circa einem Meter und einer Höhe von 0,5 Metern im Vergleich zu heutigen Satelliten klein und leicht.
Egal, ob Radtour, Gartenarbeit oder Biergarten – viele von uns setzen keinen Schritt vor die Tür, ohne vorher das Wetter im Blick zu haben. Dies ist nur dank Wettersatelliten möglich geworden. Die Satellitenmeteorologie ist mittlerweile ein unverzichtbarer Bestandteil der modernen Wettervorhersage. Seit ihren Anfängen zu Beginn der 1960er Jahre hat sie sich rapide weiterentwickelt und liefert heute weit mehr als nur Fotos oder die aus Nachrichtensendungen bekannten Wolkenfilme.
Globale Vernetzung, Digitalisierung und stetig wachsende Datenmengen – der Stellenwert von Kommunikationssystemen ist rasant gestiegen. Der Ausbau von Satellitennetzwerken soll die Grundlage für unsere Kommunikationssysteme von morgen bilden.
Die traditionellen Hauptanwendungsgebiete von Satelliten sind Wettersatelliten sowie Rundfunk- und Fernsehsatelliten. Im Bereich der Telekommunikation werden Satelliten als Kommunikationsmöglichkeit zu schwer zugänglichen Gebieten, zur weltweiten Mobilkommunikation und für standortbezogene Dienste wie beispielsweise Verkehrsinformationen und Navigation eingesetzt. Ein Satellitensystem besteht aus mindestens einem Satelliten und einer Bodenstation. Ein Satellit empfängt ein schwaches Bodensignal, verstärkt es und sendet dieses Signal wieder zur Erde zurück.
Man unterscheidet zwischen Systemen mit geostationären Satelliten und sich in der Position verändernden Satelliten. Ein geostationärer Satellit ist ein künstlicher Erdsatellit, der sich rund 36.000 km über der Erdoberfläche in der sogenannten geostationären Umlaufbahn befindet. Die Satelliten bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von einer Erdumdrehung pro Tag und somit mit derselben Winkelgeschwindigkeit wie der Beobachter auf der Erde. Er scheint demnach still zu stehen. Von technischer Relevanz ist der geostationäre Satellit vor allem für Kommunikations- und Fernsehsatelliten. Ist die heimische SAT-Antenne einmal ausgerichtet, liefert sie somit Fernsehbilder ohne kontinuierliches Nachjustieren.
Schon Ende der 1970er Jahre kamen Satelliten zur Kommunikation über weite Strecken zum Einsatz, jedoch waren die Sende- und Empfangsanlagen stationär. In den späten 1980er Jahren hat Kanada erstmalig Satellitentelefone eingesetzt, um wenig besiedelte Flächen mit Telekommunikation zu versorgen, ohne die entsprechende Infrastruktur bereitstellen zu müssen. Die verwendeten Satelliten befanden sich auf geostationären Positionen (GEO).
Im Rahmen des Programmes Next Generation Platform (Neosat) der europäischen Weltraumorganisation ESA werden Satellitenplattformen der nächsten Generation entwickelt. Ein elementarer Bestandteil bei der Verwendung modernster Satellitentechnologie ist die parallele Weiterentwicklung von raumfahrttauglichen Mechanismen. Raumfahrer sprechen dabei von Grundfunktionen wie:
Im Rahmen von Neosat werden Harmonic Drive® Getriebe in eben diesen Anwendungen eingesetzt. Allen gemein ist die kundenspezifische Anpassung auf die besonderen Umweltbedingungen und Designanforderung der Kunden. Dabei sind unterschiedliche Designfaktoren ausschlaggebend für unsere Marktstellung im Bereich Präzisionsgetriebetechnologie für ESA-Missionen. Gewicht, Hohlwellendurchmesser, Steifigkeit und Rücktreibmoment sind neben weiteren Faktoren Konstruktionsmerkmale bei der Selektion des passenden Getriebes. Einer der größten Einflüsse bei der Selektion von Getriebe und Schmierstoff ergibt sich aus der geforderten Lebensdauer. Diese variiert je nach Anwendung stark und wird durch die spezifizierte Lebensdauer des Satelliten vorgegeben.
Die Lebensdauer des Satelliten wird maßgeblich durch die internen Treibstoffreserven zur Lageregelung bestimmt. Nach ca. 10-15 Jahren Lebensdauer sind diese Reserven meist verbraucht, zusätzlich ist die Technologie des Satelliten zu dieser Zeit bereits deutlich in die Jahre gekommen. Das spanische Unternehmen SENER Group hat in einem kofinanzierten Programm mit der ESA eine komplette Familie von Drehantrieben für Raumfahrtanwendungen entwickelt. Für Neosat wurde SENER mit der Serienproduktion des Drehantriebs DTA beauftragt.
Die DTA-Familie zeichnet sich durch ein hohes Rastmoment aus, daher der Name „Detent torque actuators“. Alle DTA-Produkte basieren auf einem modularen Design, welches die schnelle Entwicklung neuer Varianten mit einer kurzen Time-to-Market ermöglicht. Die Mechanismen sind mit einer Reihe von Elektromotoren, Sensoren und Zubehör erhältlich.
Das Harmonic Drive® Getriebe wurde ursprünglich für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt entwickelt. Die hohe einstufige Untersetzung, die kompakte Bauform und das geringe Gewicht sind ausschlaggebende Vorteile des Harmonic Drive® Getriebes für den Einsatz in zahlreichen Satellitenantrieben. Für den Drehantrieb DTA wird ein Harmonic Drive® Einbausatz der Baureihe CPL-2A mit hoher Untersetzung verwendet.
Die Einbausätze der Baureihe CPL-2A sind erhältlich in fünf Baugrößen mit den Untersetzungen 50, 80, 100, 120 und 160 bei einem wiederholbaren Spitzendrehmoment zwischen 18 und 372 Nm und einer Leistungsdichte von 340 bis 735 Nm/kg und bieten geringste Massenträgheitsmomente. Durch die Beschränkung der Bauteile auf das Wesentliche, Querschnittsreduzierungen und optimierte Bohrbilder ist die Baureihe CPL-2A äußerst leicht. Die große Hohlwelle ermöglicht die Durchführung von Versorgungsleitungen, Wellen und Kabeln für weiterführende Antriebssysteme. Aufgrund der Positioniergenauigkeit sind stabile Maschineneigenschaften mit kurzen Taktzeiten garantiert.
Der verwendete Einbausatz ist in ein Leichtbaugehäuse integriert und wird von einem Bausatz-Motor angetrieben. Das Getriebe verfügt über einen Solid Wave Generator; der Flexspline ist mit dem Abtriebsflansch verbunden, welcher von Dünnring-Kugellagern gestützt wird. Der Circular Spline wurde so verändert, dass ein leichter Einbau in das Gehäuse möglich ist. Der Einbausatz der Baureihe CPL-2A ist aus Edelstahl gefertigt und nutzt eine weltraumtaugliche Fettschmierung.