Quelle: ESA / Enabling & Support, 18. August 2026

Anfang dieses Jahres wurde die Concurrent Design Facility (CDF) der ESA zu einem multidisziplinären Think-Tank, um die Machbarkeit von „Phoenix 3“ zu bewerten – einem vollständig europäischen, wiederverwendbaren Orbitalrückkehrfahrzeug, das vom europäischen Start-up ATMOS Space Cargo vorgeschlagen wurde.

Die CDF befindet sich am ESTEC, dem technischen Zentrum der ESA in den Niederlanden, und ist mit einem Netzwerk aus Computern, Multimedia-Geräten und Software-Tools ausgestattet. Hier bündeln Experten aus verschiedenen Ingenieursdisziplinen innerhalb weniger Wochen statt mehrerer Monate ihre Kräfte und ihr Fachwissen, um selbst die komplexesten denkbaren Konstruktionen zu bewerten.

Im Rahmen dieser Studie haben Experten das Phoenix-3-Konzept anhand einer Reihe bewährter Vorlagen und Richtlinien geprüft und die wichtigsten Kompromisse als Grundlage für weitere Untersuchungen ermittelt. ATMOS verfügt nun über ein erstes Konzept und klare Auslegungskriterien für ein Raumfahrzeug, das Experimente in den Orbit befördern und wieder auf die Erde zurückbringen soll.

Zur Bewertung eines vorgeschlagenen Konzepts arbeiten die Experten mit Referenzszenarien: „Bei dieser Studie haben wir uns auf ein Szenario konzentriert, bei dem Phoenix 3 in die niedrige Erdumlaufbahn auf eine Höhe von etwa 350 km gebracht würde“, erklärt Enrico Tormena, der bei der ESA für die Studie verantwortlich ist.

„Dort würde es die kommerzielle Fertigung unter Mikrogravitationsbedingungen, wissenschaftliche Experimente sowie die Demonstration und Validierung neuer Technologien im Orbit unterstützen. Nach einem Aufenthalt von mehreren Monaten bis zu einem Jahr im Orbit würde es einen kontrollierten Ausstieg aus der Umlaufbahn und den Wiedereintritt in die Atmosphäre vollziehen, bevor es geborgen, überholt und für einen neuen Start vorbereitet wird.“

Die im Rahmen der CDF-Studie bewertete Konfiguration umfasst ein Servicemodul, das Phoenix 3 mit Energie und Antrieb versorgt, sowie einen Druckkabinenbereich, in dem eine erdähnliche Atmosphäre nachgebildet wird und der Platz für über 1.000 kg wissenschaftlicher und kommerzieller Nutzlasten bietet. Diese Konfiguration dient als Referenz für die Studie; sie ist nicht in Stein gemeißelt und lässt wichtige Kompromisse für Phase A – den zweiten Schritt im Lebenszyklus einer Mission – offen.

Im Mittelpunkt des Ansatzes von ATMOS steht ein aufblasbarer Bremsschirm – eine Technologie, die das Unternehmen derzeit weiterentwickelt und im Rahmen der Phoenix-Familie im Flug testet.

Jeffrey Hendrikse, Chief Technology Officer und Mitbegründer von ATMOS Space Cargo, beschreibt, wie dies einen entscheidenden Teil der Reise des Raumfahrzeugs prägt: „Beim Wiedereintritt nutzt das Raumfahrzeug seinen aufblasbaren Atmosphärenbremsschirm, um in der Atmosphäre abzubremsen und so eine sichere Bergung zu ermöglichen. Was mich am meisten freut, ist, dass die Studie bestätigt hat, dass wir die Modularität der Mikrogravitationsplattform beibehalten können, um unsere Kunden vom späten Zugang vor dem Start bis zum frühen Zugang nach der Rückkehr zu unterstützen und ihnen die Kommunikationsbandbreite zur Verfügung zu stellen, die sie im Orbit benötigen.“

„Die CDF-Studie hat zudem wichtige Abwägungen und Risiken identifiziert, die als Nächstes angegangen werden müssen, und bietet damit eine solide Ausgangsbasis für Phase A, in der sich ATMOS auf die Optimierung der Aerodynamik, der Stabilität und des thermischen Designs sowie auf die Verbesserung der Anflugmodellierung und -führung konzentrieren wird, um die Landegenauigkeit zu erhöhen“, fügt Daniela Lomanto von der Abteilung „Concurrent Engineering and Future Missions“ der ESA hinzu.

Die Unterstützung der Phoenix-3-Studie durch die ESA steht im Einklang mit dem Kernauftrag der Agentur: die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie zu stärken und zu beschleunigen, indem technische Unterstützung genau dann und dort bereitgestellt wird, wo sie benötigt wird.

Ilaria Roma, Leiterin des CDF, merkt an: „ATMOS hat ein Win-Win-Szenario für die Zukunft der europäischen Weltraumforschung geschaffen, weshalb ihre Vision und diese spezifische Missionsbewertung von der ESA-Direktion für bemannte und robotergestützte Exploration unterstützt werden.“

„Im Mittelpunkt dieser Zusammenarbeit steht das Thema Nachhaltigkeit. Durch die Definition einer neuen, skalierbaren Klasse wiederverwendbarer Rückflugfahrzeuge geht die Studie auf die dringende Notwendigkeit von Kreislaufwirtschaft im Orbit und eines geringeren ökologischen Fußabdrucks bei Weltraumoperationen ein. Gleichzeitig entwickelt ATMOS Konzepte und Lösungen, die den Industrialisierungskapazitäten und der souveränen Infrastruktur in Europa direkt zugutekommen werden.“

„Der Vorteil des CDF liegt in der Möglichkeit, alle wichtigen Teilsysteme und Schnittstellen gleichzeitig zu untersuchen“, sagt Marta Oliveira, Chief Operating Officer und Mitbegründerin von ATMOS Space Cargo. „Durch die Einbindung von Spezialisten aus verschiedenen Disziplinen in einen gemeinsamen Prozess konnten wir Abhängigkeiten identifizieren, die sich im Rahmen einer sequenziellen Entwicklungsarbeit nur schwer lösen ließen.“

Partnerschaften wie die Phoenix-3-CDF-Studie werden durch die Initiative „Third Party Activity“ ermöglicht, die die Beratungs- und Testinfrastruktur der ESA dem gesamten industriellen Ökosystem – von Start-ups bis hin zu Großunternehmen – zugänglich macht.

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• ATMOS Space Cargo

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Quelle: JGU 23. März 2023.

23. März 2023 – Das W-Boson ist ein Elementarteilchen, das 1983 am CERN entdeckt wurde und das für die Vermittlung der sogenannten schwachen Wechselwirkung verantwortlich ist. Die Bestimmung seiner Masse ist von besonderer Bedeutung, etwa als präziser Test für die Gültigkeit des Standardmodells der Teilchenphysik. Nach einer ersten Bestimmung und Veröffentlichung der Masse im Jahr 2017, hat die ATLAS Kollaboration jetzt ein neues Ergebnis für diese Masse vorgelegt. Das vorläufige Resultat wurde heute von Prof. Matthias Schott, Experimentalphysiker am Exzellenzcluster PRISMA+ der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) im Rahmen des „57. Rencontres de Moriond“, einer der bedeutendsten Konferenzen für Teilchenphysik, vorgestellt.

Neue W-Boson Masse ist Ergebnis einer Neuanalyse
Im Ergebnis beträgt die Masse des W-Bosons 80360 Megaelektronenvolt (MeV) mit einer Unsicherheit von 16 MeV. Sie basiert auf einer Neuanalyse von 14 Millionen W-Boson-Kandidaten, die bereits 2011 in Proton-Proton-Kollisionen am Large Hadron Collider (LHC) des CERN aufgezeichnet wurden. Sie stimmt mit der Erwartung des Standardmodels der Teilchenphysik überein und steht damit im direkten Widerspruch zur jüngsten Messung des CDF-Experiments am Tevatron, welches im Frühjahr 2022 für großes Aufsehen sorgte.

Die theoretische Vorhersage der Masse des W-Bosons im Rahmen des Standardmodells beträgt 80354 MeV, mit einer Unsicherheit von 7 MeV. Sie steht in engem Zusammenhang mit der Stärke der elektroschwachen Kopplungen und den Massen der schwersten Elementarteilchen, darunter das Z-Boson, das Top-Quark und das Higgs-Boson. In Theorien, die das Standardmodell erweitern, ist die Masse des Teilchens jedoch auch mit zusätzlichen, noch unbekannten Teilchen oder Wechselwirkungen verbunden. Die Messung der Masse des W-Bosons ist daher ein wichtiger Test des Standardmodells und eine Abweichung zwischen Theorie und Experiment könnte auf neue Physik hindeuten.

Erste Masse des W-Bosons in 2017 veröffentlicht
2017 veröffentlichte ATLAS seine erste Messung der Masse des W-Bosons, die anhand von Daten aus dem Jahr 2011 bestimmt wurde. Die Masse des W-Bosons betrug 80370 MeV, mit einer Unsicherheit von 19 MeV. Das Ergebnis stimmte schon damals gut mit der Vorhersage des Standardmodells und allen früheren experimentellen Ergebnissen überein.

Im letzten Jahr gab die CDF-Kollaboration am Fermilab eine noch präzisere Messung bekannt, die auf einer Analyse ihres gesamten am Tevatron gesammelten Datensatzes beruht. Das Ergebnis, 80434 MeV mit einer Unsicherheit von 9 MeV, weicht erheblich von der Vorhersage des Standardmodells und von den anderen experimentellen Ergebnissen ab, so dass weitere Messungen erforderlich sind, um die Ursache für diese Abweichung zu ermitteln.

In der neuen Studie analysierte ATLAS erneut die W-Bosonen-Stichprobe aus dem Jahr 2011 und verbesserte damit die Präzision seiner früheren Messung. Die neue Masse des W-Bosons, 80360 MeV mit einer Unsicherheit von 16 MeV, ist 10 MeV niedriger als das vorherige ATLAS-Ergebnis. Auch dieses Ergebnis steht im Einklang mit dem Standardmodell.

„Die Messung der W-Boson-Masse gehört zu den schwierigsten und anspruchsvollsten Messungen, die an Hadronen-Collidern durchgeführt werden. Sie erfordert eine äußerst präzise Kalibrierung der mit dem ATLAS-Detektor gemessenen Teilchenenergien und -impulse sowie eine sorgfältige Bewertung und ausgezeichnete Kontrolle der Modellierungsunsicherheiten“, sagt ATLAS-Sprecher Andreas Hoecker. „Dieses aktualisierte Ergebnis ist ein strenger Test und bestätigt die Konsistenz unseres theoretischen Verständnisses der elektroschwachen Wechselwirkungen.“

Um es zu erzielen, verwendete die ATLAS Kollaboration eine signifikant verbesserte Analysemethode und berücksichtige zudem neue Erkenntnisse über die Struktur des Protons aus den vergangenen Jahren. Diesen neuen Ansatz verfolgte die Gruppe um Matthias Schott innerhalb des Mainzer Exzellenzclusters PRISMA+ seit vielen Jahren und er konnte nun zum vorläufigen Abschluss gebracht werden. „Ich bin mehr als glücklich nach so vielen Jahren dieses Ergebnis nun präsentieren zu können“, erklärt Matthias Schott. „Aber nun steht für uns schon die Analyse von speziellen Datensätzen an, welche wir im Jahr 2018 aufgezeichnet haben. Diese werden uns helfen, herauszufinden, warum die CDF-Messung von allen anderen Messungen abweicht.“

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