Hitzeschildmaterial für Orion ausgesucht

Am 7. April 2009 gab die US-amerikanische Weltraumbehörde NASA bekannt, welches Material für den Hitzeschild der Kapsel des in Entwicklung befindlichen Orion-Raumschiffes verwendet werden wird.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NASA.

Stardust-Kapsel mit PICA-Schild und Materialprobe
(Bilder: NASA)
Stardust-Kapsel mit PICA-Schild und Materialprobe
(Bilder: NASA)

Die NASA hat sich für ein Hitzeschutzschildmaterial entschieden, das die kommende Generation von Raumschiffen zur Erkundung des Weltraums und Versorgung der internationalen Raumstation beim Rücksturz zur Erde vor der dabei auftretenden Reibungshitze schützen soll.

Das Avcoat genannte System mit einer abschmelzenden Materialschicht soll die Temperaturbelastungen der künftigen Orion-Kapseln beim Wiedereintritt durch seine eigene geringe Wärmeleitfähigkeit auf einem vertretbaren Maß halten und die aus der beim Wiedereintritt vor dem Schild auftretenden Schockfront aufgenommene Wärme effektiv abführen.

rötliches Avcoat-Material
(Bild: NASA)
rötliches Avcoat-Material
(Bild: NASA)

Beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre am Ende des Rückflugs von einer Mondmission muss die Kapsel Temperaturen von über 2.700 Grad Celsius überstehen. Der diskusförmige Schild an der Basis der Orion-Kapsel wird dabei einen Großteil der Hitze aufnehmen, beim Wiedereintritt wird er in Flugrichtung zeigen. Ein Teil des Schildes verdampft, wodurch die aufgenommene Wärme abgeführt wird.

Das Orion-Projektbüro vom Johnson Space Center der NASA in Houston hatte die Aufgabe, herauszufinden, welche technische Lösung die angesichts der Problemstellung am besten passende sein würde. In einem mehr als drei Jahre dauernden Auswahlprozess wurden acht verschiedene Materialien untersucht. Die zwei zuletzt übrig gebliebenen Kandidaten, Avcoat und PICA, haben sich beide bereits am Ende von Weltraummissionen bewährt.

PICA steht für Phenolic Impregnated Carbon Ablator, also für phenolimprägniertes kohlenstoffhaltiges Abschmelzmaterial. Entwickelt wurde das Material vom Ames-Forschungszentrum der NASA. Es wurde an der Stardust-Rückkehrkapsel, welche von Lockheed gebaut worden war, verwendet. Das Material wurde in einem monolithischen Block hergestellt, der außen an der Basis angebracht, die Kapsel schützte, die 2006 mit Proben aus dem Schweif des Kometen Wild 2 und dem interstellaren Raum zur Erde zurückkehrte. Die Eintauchgeschwindigkeit in die Erdatmosphäre lag dabei über 12 km/s.

Herstellung des Seitenwand-Hitzeschutzes von Apollo
(Bilder: NASA)
Herstellung des Seitenwand-Hitzeschutzes von Apollo
(Bilder: NASA)

Avcoat wurde an den Apollo-Kapseln benutzt, sowie bei den allerersten Spaceshuttle-Missionen an bestimmten Stellen der Raumfähre. Wabenförmige Zellen aus besonders leichtem Fiberglasmaterial wurden in Handarbeit mit phenoplastischem Epoxidharz gefüllt. In einzelne Blöcke zerschnitten erfolgte anschließend eine Verklebung mit der primären metallenen Tragstruktur.

Untersucht wurden alle Materialien u. a. in Bezug auf Gewicht, Leistung hinsichtlich des Hitzeschutzes, Stabilität, Kosten, Herstellbarkeit und Zuverlässigkeit. NASA und ihr Hauptauftragnehmer für Orion, Lockheed Martin, entschieden sich für Avcoat als robustes, zuverlässiges und bereits eingeführtes Material. Lockheed Martin wird zusammen mit dem Subunternehmer Textron Defense Systems die Weiterentwicklung und die Anpassung des Materials an die Konstruktion der Orion-Kapsel fortführen.

Scroll to Top