Der Wiedereintritt wird zum Testfeld
Die NASA nutzt die geplante Zerstörung eines Frachtraumschiffs, um Wärmeschutztechnologien zu testen, die künftige Missionen unterstützen sollen. Als Northrop Grummans 24. Versorgungsmission die Internationale Raumstation verließ, hatte sie 12 kleine experimentelle Kapseln an Bord, die während des atmosphärischen Wiedereintritts Daten sammeln sollen.
Die Mission trägt den Namen Kentucky Reentry Probe Experiment 3, kurz KREPE-3. Statt ein eigenes Raumfahrzeug ausschließlich für einen Hitzeschildtest einzusetzen, nutzt das Experiment die letzte Phase einer Frachtmission. Das Cygnus-XL-Raumschiff von Northrop Grumman soll nach dem Verlassen der Station in der Erdatmosphäre kontrolliert zerbrechen, während die experimentellen Kapseln ausgestoßen werden und Messungen während des Wiedereintritts sammeln.
Der Ansatz macht aus einer ansonsten endgültigen Phase einer Versorgungsmission eine Quelle von Flugdaten. Die NASA bezeichnet KREPE-3 als dritte Mission einer kostengünstigen Reihe, die dennoch nützliche Informationen für künftige Arbeiten am Wärmeschutz liefern soll. Beteiligt sind die University of Kentucky, der Bundesstaat Kentucky, das NASA-EPSCoR-Programm, mehrere NASA-Zentren sowie weitere staatliche und kommerzielle Partner.
Zwölf Kapseln, mehrere Materialtests
Vor dem Abflug der Cygnus XL beluden Astronauten das Raumfahrzeug mit Abfällen und aktivierten die 12 kleinen Kapseln im Inneren. Die von Studierenden der University of Kentucky entwickelten Kapseln tragen Sensoren zur Messung von Temperatur, Druck, Bewegung, Magnetfeld und Licht während des Wiedereintritts.
Die Kapseln führen außerdem experimentelle Hitzeschildmaterialien mit. Ein von der NASA veröffentlichtes Bild zeigt einen 3D-gedruckten Hitzeschild, den Forschende am NASA’s Johnson Space Center in Houston entwickelt haben. Ein weiteres zeigt ein für das KREPE-Projekt am NASA’s Ames Research Center hergestelltes Wärmeschutzsystem. Zusammengenommen zeigen die Geräte, dass das Experiment mehrere Ansätze bei Materialien und Fertigung prüft.
Während das Frachtraumschiff seiner geplanten Wiedereintrittsroute folgt, sollen sich die Kapseln trennen und mit den Messungen beginnen. Satellitensignale übertragen während des Ereignisses die Daten. Diese direkte Übertragung ist wichtig, weil der Wiedereintritt kurz und zerstörerisch ist: Das Experiment muss die relevanten Umweltveränderungen während ihres Auftretens erfassen, statt auf eine spätere Bergung angewiesen zu sein.
Daten für die Planung künftiger Missionen
Hitzeschilde sind eine grundlegende Technologie für Raumfahrzeuge, die durch eine Atmosphäre zurückkehren. Die NASA ordnet KREPE-3 in den Zusammenhang des Schutzes von Astronauten ein, die von künftigen Missionen zum Mond und zum Mars zurückkehren. Die neuen Tests zeigen nicht, dass ein endgültiger Hitzeschild für bemannte Missionen einsatzbereit ist. Sie sollen Flugdaten über experimentelle Wärmeschutzmaterialien unter realen Wiedereintrittsbedingungen liefern.
Diese Unterscheidung ist zentral für den Wert des Projekts. Labor- und Bodentests können Materialien bewerten, doch der Wiedereintritt schafft eine Betriebsumgebung, in der sich Temperatur, Druck und Bewegung rasch verändern. Indem das Team mehrere instrumentierte Experimente an Bord eines ohnehin startenden Frachtraumschiffs platziert, kann es unterschiedliche Materialien während desselben allgemeinen Missionsereignisses vergleichen.
Das Ergebnis könnte Forschenden helfen zu entscheiden, welche Entwürfe weitere Arbeit verdienen. Es kann auch die Verbesserung von Modellen zum Verhalten möglicher Wärmeschutzsysteme unterstützen. Die NASA stellt die Initiative als Möglichkeit dar, künftige Erkundungsziele voranzubringen und zugleich Studierende sowie Partner außerhalb der traditionellen NASA-Zentren einzubeziehen.
Ein wiederholbares Niedrigkostenmodell
KREPE-3 folgt auf frühere Missionen des Kentucky Reentry Probe Experiment. Die Reihe beruht auf der Idee, die Entsorgung eines Raumfahrzeugs als experimentelle Plattform zu nutzen. Frachtraumschiffe, die die Station verlassen, haben bereits einen geplanten Weg für das Ende ihrer Lebensdauer, und kleine autonome Sonden können diesen Weg wissenschaftlich nutzbar machen.
Für das NASA-EPSCoR-Programm umfasst das Projekt außerdem Bildung und Personalentwicklung. NASA EPSCoR unterstützt Projekte mit Forschenden und Studierenden aus Regionen, die historisch weniger NASA-Forschungsmittel erhalten haben. David Berger, Programmmanager von NASA EPSCoR, bezeichnete KREPE-3 als Beispiel dafür, Nachwuchswissenschaftler und -ingenieure zu fördern und zugleich die Missionsziele der Behörde voranzubringen.
Die 12 Kapseln erfüllen somit zwei Zwecke: Sie sind Instrumente für Materialtests und zugleich Ergebnisse eines Gemeinschaftsprogramms, das von Studierenden entwickelter Hardware einen praktischen Raumfahrtkontext gibt. Das Experiment ersetzt nicht die spätere Entwicklung größerer Hitzeschilde, bietet aber einen praktikablen Weg zu wiederholten Messungen während Wiedereintritten, die sonst mit der Entsorgung des Frachtraumschiffs enden würden.
Von der Entsorgung zur Entdeckung
Die ungewöhnliche Versuchsanordnung ist das kennzeichnende Merkmal des Projekts. Ein Fahrzeug mit Stationsabfällen scheint möglicherweise weit von der Entwicklung bemannter Erkundungssysteme entfernt, doch sein letzter Abstieg liefert die benötigten Bedingungen. KREPE-3 nutzt diesen Abstieg, um experimentelle Schutzmaterialien zu untersuchen, Sensordaten zu sammeln und Informationen per Satellit zu übertragen.
Während die NASA sich auf anspruchsvollere Erkundungsmissionen vorbereitet, zeigt das Projekt eine umfassendere Ingenieurstrategie: verfügbare Fluggelegenheiten zu nutzen, um Unsicherheiten früh zu verringern. Die 12 kleinen Sonden können nicht alle Fragen zu einem künftigen Rückkehrsystem vom Mond oder Mars beantworten. Sie können jedoch reale Messwerte zu möglichen Materialien liefern und die nächsten Schritte der Hitzeschildforschung unterstützen.
Dieser Artikel basiert auf einer Berichterstattung von Phys.org. Originalartikel lesen.
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