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06.07.2016

Hinter den Kulissen der Materialforschung der ESA

Quelle: ESA

Wenn Sie schon immer wissen wollten, wie die ESA-Missionen auf die Bedingungen im All vorbereitet werden, dann schauen Sie unsere neue Videoreihe für die ESA: Echte „Spürnasen“ der Materialforschung für die Raumfahrt geben Einblick in ihre Arbeit im Materials & Electrical Components Laboratory, dem Materialforschungslabor der ESA. Mit nahezu forensischem Gespür gehen sie den Ursachen von Materialproblemen wissenschaftlich auf den Grund, um die Missionen für ihren späteren Einsatz im All fit zu machen.

Im Materials & Electrical Components Laboratory der ESA (Testlabor für Materialien und elektrische Komponenten) werden elektrische Komponenten, Werkstoffe und Prozesse für geplante ESA-Missionen und externe Projekte auf Herz und Nieren geprüft. Dabei achten die Prüfer auf höchste Qualität, die angesichts der besonderen Umgebungsbedingungen bei Weltraumprojekten unverzichtbar ist. Nachfolgend stellen wir in einer Reihe von Videos vier Einrichtungen und Projekte sowie die beteiligten Forscher und Ingenieure vor:

Abschirmung von Aeolus gegen atomaren Sauerstoff

Am oberen Ende der Atmosphäre befindet sich nicht mehr der Sauerstoff, den wir einatmen, sondern ein äußerst reaktionsfähiger atomarer Sauerstoff. Dieser entsteht, wenn hoch energetisches UV-Licht die Sauerstoffmoleküle in einzelne Atome aufspaltet. Weltraummissionen, die sich in einer sehr niedrigen Umlaufbahn über der Erde befinden, können von dieser Form des Sauerstoffs angegriffen werden. Zum ersten Mal wurde dieser Effekt bei frühen Raumsonden bemerkt, deren Hitzeschild bei der Rückkehr zur Erde zerstört war. Das Materials & Electrical Components Laboratory der ESA wurde beauftragt, die Widerstandsfähigkeit einer speziellen Faser namens „Beta Cloth“ zu testen. Diese soll die ESA-Raumsonde Aeolus auf ihrer Mission zur Untersuchung der Windströmungen in unserer Atmosphäre schützen. Getestet wurde das Material in einem speziellen Generator, der atomaren Sauerstoff erzeugt, und anschließend mikroskopisch untersucht.

Mobilität für Vegas Startturm

Europas Trägerrakete Vega ist bereit zum Abheben, sobald der mobile Startturm, der sie umgibt, entfernt wird. Das funktionierte bisher fast immer, bis auf einmal, als der Startturm sich keinen Millimeter bewegte, weil er feststeckte. Den Startturm wieder beweglich zu machen war eine eher ungewöhnliche Aufgabe für das Materials & Electrical Components Laboratory der ESA. Die Mitglieder des Forschungsteams erklären im Video, wie sie die Bewegung der Räder des Startturms und die Tragfähigkeit der Kugellager mit dem 3D-Kamerasystem „Aramis“ des Materialforschungslabors analysierten. Ohne das Testobjekt zu berühren, misst Aramis in 3D die Oberflächenverformung von Objekten, während sie unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt werden – von mechanischer bis hin zu thermischer Beanspruchung. Dabei erkennt Aramis Verformungen der getesteten Materialien und Objekte im Submillimeterbereich.

Gedächtnisstütze für Gaia

Die Gaia-Raumsonde der ESA erzeugt Unmengen von Daten, während sie die Positionen von ungefähr einer Milliarde Sternen dreidimensional erfasst. Doch bei einem der zahlreichen Tests vor dem Start fiel eins der Speichermodule der „Festplatte“ aus, die sich an Bord von Gaia befindet. Daraufhin wurde das Materials & Electrical Components Laboratory der ESA zu Hilfe gerufen, um den Fehler aufzuspüren und herauszufinden, ob es sich um eine einzelne defekte Komponente oder einen generellen Fertigungsfehler handelt. Mit einem 3D-Tomografen konnte das Team des Materialforschungslabors das Modul zerstörungsfrei durchleuchten, um die Ursache des Ausfalls zu finden.

Materialherstellung und -tests für Merkur-Mission

Die BepiColombo-Mission, ein Gemeinschaftsprojekt der europäischen und der japanischen Weltraumorganisation, wird in der Umlaufbahn unseres sonnennächsten Planeten äußerst widrigen Bedingungen ausgesetzt sein. So müssen die Komponenten u. a. Temperaturen von mehr als 450 °C sowie starken UV-Strahlen und hohen Elektronen- und Protonenflüssen widerstehen. Deshalb beauftragte das BepiColombo-Missionsteam das Materials & Electrical Components Laboratory der ESA mit dem Test von potenziellen Materialien und Komponenten für die Raumsonde, zum Beispiel für die Hochgewinnantenne, die die Erkenntnisse der Mission zur Erde senden soll. Dabei wurden unter simulierten Bedingungen hitzebeständige Keramikbeschichtungen für die Antenne getestet.