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Der Hitze die Kante zeigen

Neue Technologie für den Wiedereintritt in die Atmosphäre

Von Dirk Lorenzen

Dr. Hannah Böhrk und Henning Elsässer montieren die keramischen Hitzeschutzkacheln: Die beiden Wissenschaftler beschäftigen sich im DLR-Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung mit der Auslegung und Integration der Nutzlastspitze sowie dem Bau d
Dr. Hannah Böhrk und Henning Elsässer montieren die keramischen Hitzeschutzkacheln: Die beiden Wissenschaftler beschäftigen sich im DLR-Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung mit der Auslegung und Integration der Nutzlastspitze sowie dem Bau d (DLR (CC-BY 3.0))

Runter kommen sie immer, heißt es. Bei Raumfahrzeugen kann der unversehrte Wiedereintritt in die Atmosphäre aber problematisch werden, denn durch die Reibung an der Luft heizt sich die Oberfläche auf bis zu 2000 Grad Celsius auf. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt testet jetzt neue Verfahren, um ein Raumschiff vor der Hitze zu schützen. Noch macht das Wetter den Ingenieuren einen Strich durch die Rechnung - aber am Freitag soll nun die Versuchsrakete starten, von einem recht ungewöhnlichen Weltraumbahnhof im Norden Norwegens.

Eine kleine Bucht mit malerischem Sandstrand, rings herum karge Berge, auf dem schmalen, grünen Streifen zwischen Felsmassiv und Wasser verteilen sich einige Holzhäuser, Montagehallen, Container und Antennen. Auf den ersten Blick ist kaum zu erahnen, dass sich auf der Vesterålen-Insel Andöya Norwegens Raketenstartplatz befindet.

Scheppernd öffnet sich das Dach der Startanlage, die von außen aussieht wie eine Mischung aus großem Bootshaus und überlanger Garage.

Im Innern befindet sich eine stählerne Gitterkonstruktion. An einer Schiene an der Unterseite hängt die gut fünfzehn Meter große Rakete wie eine Schwebebahn - an der Spitze ist Shefex montiert, das Sharp Edge Flight Experiment, auf Deutsch Flugexperiment mit scharfen Kanten. Rein optisch ist es ein interessanter Mix aus Dübel und Obelisk.

Vor dem Start bringt das Team des Andöya-Raketenzentrums den Stahlträger fast in die Vertikale. Dann geht es für Shefex-2 hoch hinaus, erklärt Hendrik Weihs, Projektleiter beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR, der das Geschehen im Kontrollzentrum verfolgt.

"Wir fliegen Richtung Spitzbergen und in circa 800 Kilometer Entfernung tritt dann Shefex wieder in die Atmosphäre ein und wir beginnen unsere Messungen. Das wird ungefähr eine Minute dauern. Dann wird ein Fallschirmsystem ausgeworfen und wir hoffen, dass wir Shefex wieder aus dem Meer herausfischen können."

Shefex wird mit einem Tempo von etwa 11000 Kilometern pro Stunde wieder in die Atmosphäre eintreten - ein wahrer Höllenritt. Denn durch die Reibung an der Luft entstehen Temperaturen von fast 2000 Grad Celsius. Den Space Shuttle der NASA hat ein möglichst rund geformter Schild aus Kacheln vor der Hitze geschützt. Bei Shefex setzt das DLR-Team auf ein ganz neues Konzept.

"Wir hoffen, dass wir mit den eckigen Formen, beziehungsweise den vielen ebenen Flächen, die wir haben, das Thermalschutzsystem deutlich billiger herstellen können und etwas robuster, um diese hohen Kosten, die das Space Shuttle hatte, zu reduzieren für zukünftige Raumfahrzeuge."

Hendrik Weihs und seine Mitarbeiter setzen auf Keramikmaterial, das mit Fasern verstärkt wird, damit es nicht so spröde und brüchig ist. Beim Shefex-Flug testen die Forscher neun verschiedene Varianten. Den ambitioniertesten Hitzeschutz für Shefex-2 hat Hannah Böhrk entwickelt, Ingenieurin am DLR-Institut für Bauweisen und Konstruktionsforschung in Stuttgart.

"Das ist eine durchlässige Keramikkachel, die von einem Gas durchströmt wird während des Wiedereintritts. Dann wird die Kapsel von vorne angeströmt und diese Anströmung legt auch das austretende Gas um, sodass sich ein Film ausbildet über der kleinen porösen Kachel und dann auch so ein bisschen im Nachlauf davon. Durch den Film, der da entsteht, wird die heiße und schnelle Strömung einfach weggehalten. Im Material entsteht die Hitze gar nicht erst."

Während der kritischen Flugphase versorgt ein kleiner Tank die Kachel mit Stickstoffgas. Sollte sich diese aktive Kühlung bewähren, könnten künftig vor allem die besonders heißen Bereiche etwa an der Spitze oder den Flügelkanten eines Raumschiffs mit diesem System ausgestattet werden. Im Idealfall führt das DLR-Team in vier Jahren einen weiteren Shefex-Test durch, in den alle Erfahrungen des jetzt anstehenden Fluges mit einfließen, erklärt Projektleiter Hendrik Weihs.

"Shefex-3 wird dann schon eher ein Raumgleiter sein, um die aerodynamischen Möglichkeiten zu demonstrieren, die so eine Form hat. Und wir fliegen bei Shefex-3 dann auch deutlich schneller, das ist schon fast bei der Geschwindigkeit, die ein Raumfahrzeug haben wird, das aus dem Erdorbit zurückkommt. Das ist schon sehr nahe dran."

Doch bevor es so weit ist, bangen die DLR-Forscher mit dem Wetter am Startplatz Andöya. Bis Ende Juni hat das Team Zeit, die neue Raumfahrttechnik zu testen - mit einem Start vom nördlichsten Weltraumbahnhof der Welt.



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