Eine Arbeitsgruppe der NASA glaubt, die Zukunft liege in Raumkapseln aus weiterentwickelten Verbundwerkstoffen, einem Material, aus dem heute Rennautos, Segelboote und High-End-Sportgeräte (Fahrradrahmen, Surfboards usw.) gebaut werden. Verbundwerkstoffe sind attraktiv, weil sie stabil und gleichzeitig leicht sind und in komplexe und strukturell effiziente Formen gebracht werden können.
Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NASA.
(Bild: NASA)
Deshalb hat NASAs Zentrum für Konstruktion und Sicherheit NESC (NASA Engineering and Safety Center) eine Gruppe von Experten eingesetzt, um Erfahrungen bei der Verarbeitung und Nutzung von Verbundwerkstoffen zu sammeln und deren Verwendbarkeit für künftige Weltraummissionen zu untersuchen und zu bewerten.
Die über die ganze USA verteilte Gruppe aus Behörden- und Industriemitarbeitern hat eine herausfordernde Aufgabe gestellt bekommen: Sie soll die innere Primärstruktur des Orion-Besatzungsmoduls (mit der eigentlichen Druckkabine) bauen, und zwar in einer alternativen Version aus Verbundwerkstoffen.
Die NASA hat zuvor niemals ein bemannbares Raumfahrzeug zertifiziert, das eine Primärstruktur aus Verbundwerkstoffen verwendete. Ein Besatzungsmodul, das Astronauten bei Start und Wiedereintritt aufnimmt, muss so robust wie möglich sein.
Das Material selbst ist bekannt und eingeführt, aber der Bau einer komplexen, kompakten, zuverlässigen, kosten-effizienten und sicheren Struktur für eine bemannte Raumfluganwendung erfordert einen neuen Lernprozess.
Ein Modul aus Verbundwerkstoff könnte mehr als 10 bis 15 Prozent leichter sein als eines aus Aluminium, wenn komplexe Formen benutzt werden. Beim Raumflug, wo jedes Kilo zusätzlicher Masse die Kosten erhöht, könnte eine Gewichtsersparnis von 10 Prozent höhere Nutzlastkapazität und geringere Missionskosten ermöglichen. Außerdem könnte eine Kapsel aus Verbundwerkstoff vielleicht schneller und günstiger hergestellt werden als eine aus Aluminium.
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Diese Vorteile sind es, die Ingenieure wie Mike Kirsch antrieben, ein Besatzungsmodul aus Verbundwerkstoff zu entwerfen, zu bauen und zu testen.
Kirsch glaubt, dass die Arbeit an diesem Projekt zu Entscheidungen hinsichtlich zukünftiger Raumfahrzeuge führen kann, die auf verbesserten Kenntnissen über Materialien basieren.
Laut Kirsch werden Verbundwerkstoffe eine wesentliche Bedeutung bei der Rückkehr der USA zum Mond haben. Wenn das Projekt positive Ergebnisse haben sollte, wäre es keine Überraschung, wenn in Zukunft Raumfahrzeuge aus Verbundwerkstoffen zum Einsatz kämen.
Zur Zeit wird außerdem ein spezielles Designmerkmal mituntersucht, das auch für die Orion-Kapsel grundsätzlich interessant ist, weil es in Verbundwerkstoff und in Aluminium umsetzbar ist.
Es handelt sich dabei um ein Strukturteil, bei dem Druckkapselboden, dessen struktureller Unterbau und die Wände der Druckkapsel ein einziges, zusammenhängendes Formteil darstellen. Man verspricht sich Vorteile hinsichtlich der Lastverteilung auf innere (Druckkabine) und äußere Wände (Kapselaussenhülle) bei einer Wasserung.
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Das Projekt wurde im Januar 2007 angestoßen. Das Testen des endgültigen Moduls aus Verbundwerkstoff soll im Januar 2009 beginnen. Die Primärstruktur wird aus einer versteiften Honigwabenstruktur in zwei Hälften bestehen. Diese beiden Hälften der Druckkabine sollen miteinander verklebt werden. Die Verklebung soll ohne Verwendung eines Autoklaven, eines großen, unter Druck stehenden Ofens zum Aushärten, geschehen.
Die Modulbestandteile werden in Alliant Techsystems (ATK) Fabrik in Iuka (ATK Aerospace Structures), Mississippi, hergestellt und zusammengesetzt, und anschließend nach Langley zum Testen gebracht.
NASA-Ingenieure werden das Besatzungsmodul aus Verbundwerkstoff rigorosen Tests unterziehen. Dabei soll eine hydraulische Anlage verwendet werden, die Kräfte auf alle kritischen Teile der Kapsel ausüben und Belastungen simulieren soll, die die Kapsel bei einem Raumflug erfahren würde.