In Space Bonding to Assemble, Repair and Maintain Large Space Structures

Während der drei Hauptphasen im Lebenszyklus einer Large Space Structure (LSS) – Transport, Montage im Orbit und Nutzung – kann es zu Schäden an einzelnen Komponenten oder an der gesamten Struktur kommen. In schweren Fällen werden beschädigte Teile unbrauchbar, was teure Ersatzmaßnahmen oder den teilweisen bis vollständigen Verlust der LSS zur Folge haben kann. Dies würde die Menge an Weltraummüll erhöhen und den Bemühungen um einen sauberen Weltraum entgegenwirken.

Reparaturen und Wartungsarbeiten im All bieten eine kostengünstige und flexible Alternative zum Austausch von LSS-Komponenten. Mit Bonding for Large Space Structures (B4LSS) können Risse repariert, Patches angebracht, Verbindungen verstärkt und sogar ganze Strukturen durch das Fügen einzelner Unterkomponenten zusammengesetzt werden. Geklebte Verbindungen sind weniger abhängig von der Materialkompatibilität als Schweißverbindungen und ermöglichen größere Flexibilität bei der Materialwahl. Im Gegensatz zum Schweißen, das erhebliche Wärme erzeugt und große Kühler sowie viel Energie erfordert, entsteht beim Kleben nur minimale Wärme, was die Anforderungen an Wärme- und Energiemanagementsysteme reduziert.

Photopolymer-Klebstoffe, die auf der Erde weit verbreitet sind, stellen eine vielversprechende Lösung für Klebeverbindungen im Weltraum dar. Derzeit untersucht die Hochschule München das Verhalten von Photopolymeren unter Weltraumbedingungen, einschließlich Vakuum und Mikrogravitation. Flüssigklebstoffe können manuell oder robotisch aufgetragen und mit UV-Licht ausgehärtet werden, wodurch mechanisch belastbare Verbindungen entstehen. Kommerzielle Photopolymer-Faser-Prepregs werden zudem als Reparaturflicken oder Verstärkungen für LSS getestet. Erste Labortests zeigen eine geringe Ausgasung und deuten auf eine gute Eignung für den Einsatz im Weltraum hin.

Die Bedeutung von Reparaturen im All zeigt sich an den hohen Leckraten auf der ISS: Risse im Verbindungstunnel des Servicemoduls haben den Luftverlust von ursprünglich 0,9 kg/Tag auf 17 kg/Tag erhöht (NASA OIG Report, 2024). Die Entwicklung nachhaltiger Methoden zum Abdichten solcher Risse würde die Sicherheit der Besatzung erhöhen und die Lebensdauer der ISS und anderer LSS verlängern.