Quelle: ESA / Science & Exploration / Human and Robotic Exploration / Exploration / ExoMars, 21. Juli 2025

Ein heliumgefüllter Stratosphärenballon hob eine Abstiegsmodul-Attrappe an und ließ sie über dem Polarkreis in fast 30 km Höhe los, woraufhin sich zwei große Fallschirme aus ihren Doughnut-Taschen entfalteten.
„Wir freuen uns, bestätigen zu können, dass wir ein Fallschirmdesign haben, das auf dem Mars funktionieren kann – ein ehrgeiziges System mit dem größten Fallschirm, der jemals außerhalb der Erde geflogen wird“, sagt Luca Ferracina, Systemingenieur des ExoMars-Eintritts- und Landemoduls der ESA.

Video (Copyright ESA): ExoMars-Fallschirm Falltest aus großer Höhe

Dieser Falltest aus großer Höhe fand am 7. Juli im Esrange Space Center der Swedish Space Corporation in Kiruna, Nordschweden, statt.

Wie man eine Marslandung auf der Erde testet

Um die Kombination aus Dichte und Geschwindigkeit zu simulieren, der die Kapsel beim Eintauchen in die dünne Marsatmosphäre ausgesetzt sein wird – etwa 1 % der Dichte der Erdatmosphäre auf Meereshöhe – musste der Ballon sehr hoch fliegen.
Die ExoMars-Fallschirme fielen aus einer Höhe von 29 km ab, also etwa dreimal so hoch wie die Flughöhe von Verkehrsflugzeugen.

Die Dummy-Kapsel befand sich dann etwa 20 Sekunden lang im freien Fall und erreichte dabei fast die Schallgeschwindigkeit, bevor sich die Fallschirme nacheinander entfalteten.
„Die Kombination aus Geschwindigkeit und geringer atmosphärischer Dichte bei diesem Test entspricht genau dem, was die Fallschirme auf dem Mars erleben werden. Die Tests auf der Erde sind eine Möglichkeit, Vertrauen zu gewinnen und zu bestätigen, dass alle Elemente wie erwartet funktionieren“, erklärt Luca.
Falltests in großer Höhe erfordern eine komplexe Logistik und strenge Wetterbedingungen für die Flugsicherheit. Die einzigartigen Einrichtungen von Esrange und die langjährige Erfahrung mit stratosphärischen Ballonmissionen seit den frühen 1970er Jahren machen es zu einem geeigneten Standort für diese Kampagne.

Zwei sind besser als einer

Die Landung auf dem Mars ist ein hochriskantes Unterfangen. In nur sechs Minuten muss das Landemodul von 21.000 km/h am oberen Ende der Marsatmosphäre auf eine weiche Landung abbremsen, damit seine wertvolle Fracht, der Rosalind Franklin Rover, für die Erkundung der Oberfläche einsatzbereit bleibt.

Zur Geschwindigkeitsreduzierung sind ein Hitzeschild, zwei Hauptfallschirme – jeder mit einem eigenen Pilotschirm zum Rausziehen des Hauptschirms – und Bremsraketen erforderlich, welche 20 Sekunden vor dem Auftreffen auf die Marsoberfläche ausgelöst werden.
Der größte Teil der Geschwindigkeit im Überschallbereich wird durch den Luftwiderstand der Kapsel abgebaut. Der effizienteste Weg, die verbleibende Geschwindigkeit für eine sichere Landung abzubauen, ist eine Kombination aus Fallschirmen und Bremsraketen.
„Die Verwendung von zwei Fallschirmen ermöglicht es uns, einen starken, mittelgroßen Fallschirm zu konstruieren, um die Sonde im Überschallbereich abzubremsen, und dann einen viel größeren, leichten Fallschirm für den endgültigen Abstieg“, erklärt John Underwood, leitender Ingenieur bei Vorticity, dem britischen Unternehmen, das mit der Fallschirmkonstruktion und der Testanalyse betraut ist.

Im Tandem zusammenarbeiten

Der Hauptfallschirm der ersten Stufe ist 15 m breit und ähnelt dem Fallschirmtyp, der 1972 für die Landung der Viking-Mars-Sonde der NASA entwickelt wurde. Für ExoMars verwenden die Teams eine Variante, die für die erfolgreiche ESA-Mission Cassini-Huygens zum Titan, dem größten Mond des Saturns, entwickelt wurde. Dieses dreistufige Fallschirmsystem hält immer noch den Rekord für die am weitesten von der Erde entfernte Landung, die jemals unternommen wurde.

Der Hauptfallschirm der zweiten Stufe ist 35 m breit und besteht aus einer Reihe von Ringen mit Lücken dazwischen. Dies wird der größte Fallschirm sein, der jemals auf dem Mars oder irgendwo im Sonnensystem außer der Erde geflogen ist. Er besteht aus über 800 Quadratmetern Stoff und mehr als vier Kilometern Kordel für die Aufhängung und man braucht etwa drei Tage, um ihn in seinem Sack hinein zu falten.
Die sorgfältige Faltung jedes Fallschirms in dessen Tasche ist unerlässlich, um eine korrekte Entfaltung zu gewährleisten.

Herausforderungen bei Lagerung und Design

Das in Schweden getestete Fallschirmsystem war bereits für einen Flug zum Mars im Jahr 2021 qualifiziert, wurde aber eingelagert, als die Mission aufgrund des russischen Einmarsches in der Ukraine gestoppt wurde.

„Wir führen diese Kampagne durch, um unsere Bereitschaft für den Mars zu bestätigen und um zu überprüfen, ob die Fallschirme nach der langen Lagerung weiterhin wie erwartet funktionieren“, erklärt Luca.
Die Fallschirme werden jeweils aus sehr leichtem Gewebe mit einer Dichte von etwa 40 Gramm pro Quadratmeter hergestellt – etwa halb so viel wie ein Blatt Papier.

Eine Fallschirmexpertise die Europa voran bringt

Die Telemetriedaten wurden während des Abwurfs in Echtzeit übermittelt. Das Vorticity-Team wird nun die Daten zusammen mit Hochgeschwindigkeits-Videomaterial analysieren, um das Abbremsprofil und die Öffnungsmodelle zu bewerten.

„Tests auf der Erde haben den Vorteil, dass wir viel mehr Daten erhalten und die Fallschirme nach dem Test zur Inspektion bergen können“, sagt John.
Der größte Teil des Fallschirmsystems wurde in Europa entwickelt und gebaut, unter anderem mit Komponenten aus den Niederlanden (Entfaltungsmörser), Italien (Fallschirme) und Tschechien (Fallschirmbehälter). Thales Alenia Space in Frankreich überwachte die Testkampagne als Verantwortlicher für das Fallschirm-Montagesystem.

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• ExoMars-Rover Rosalind Franklin

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Quelle: Universität Stuttgart 7. März 2024.

7. März 2024 – Eine Expertenjury hat entschieden: Das Team der studentischen Kleinsatellitengruppe der Universität Stuttgart (KSat e.V.) ist eines von acht europäischen Teams, das im Rahmen des REXUS/BEXUS-Programms (Rocket and Balloon Experiments for University Students) zwei Experimente auf einer REXUS-Höhenforschungsrakete durchführen darf. Der Flug der Rakete wird zwischen dem 11. und 15. März 2024 stattfinden, eine anschließende Bergung ist vorgesehen.

Das Projekt „Ferrofluid Application Study“ FerrAS ist nach FARGO im vergangenen Jahr und PAPELL 2018 das dritte auf Ferrofluiden basierende Studierendenprojekt der Universität Stuttgart, das unter Weltraumbedingungen getestet wird. Anders als bei den Vorgängern auf der Internationalen Raumstation ISS gilt es dieses Mal, innerhalb weniger Minuten Schwerelosigkeit die Experimente durchzuführen und Erkenntnisse zu gewinnen, wie Flüssigkeit in der Schwerelosigkeit am besten transportiert werden kann.

Projekt FerrAS setzt auf Ferrofluide
„Nach über zwei Jahren Arbeit ist es einfach toll, das Experiment jetzt am Weltraumbahnhof Esrange in Schweden auf die Reise zu schicken!“, sagt Christopher Vogt, Systemingenieur von FerrAS. „Im Rahmen des REXUS/BEXUS-Programms können wir unsere Vision zur Entwicklung nachhaltiger Pumpsysteme in Mikrogravitation testen und validieren.“

Der Transport von Flüssigkeiten in Schwerelosigkeit beispielsweise für Kühlmittel, Treibstoffe oder Gase ist eine technische Herausforderung. Konventionelle Pumpsysteme können diese Aufgabe meistern, sind aber mechanisch komplex und anfällig für Fehlfunktionen. Das Projekt FerrAS könnte dafür mit seinen innovativen Ferrofluid-Pumpsystemen für Mikrogravitationsumgebungen eine Lösung liefern: Das interdisziplinäre Team von Studierenden aus sechs Studiengängen der Universität Stuttgart wird im Höhenflug zwei neuartige Pumpkonzepte testen, um die Effizienz und Langlebigkeit von Flüssigkeitsmanagementsystemen im Weltraum zu verbessern. Ferrofluide, eine magnetische Flüssigkeit, haben ideale Eigenschaften, um mechanischen Verschleiß zu minimieren.

Multifunktionale Komponente und Flüssigkeitskreisläufe ersetzen Material
Für die Verdrängerpumpe nutzt das Team Ferrofluid-beschichtete Magnete, die als multifunktionale Komponenten agieren: Sie dienen als Triebkolben, Dichtung, Schmiermittel und Ventil zugleich. Die Steuerung dieser Magnete erfolgt durch externe Elektromagnete, die durch wellenförmige Ansteuerung eine effektive Pumpbewegung erzeugen. Die neuartige Technik soll die Zuverlässigkeit von Weltraumpumpsystemen enorm steigern.

Die Linearpumpe, das zweite Konzept des FerrAS-Projekts, könnte die Feinjustierung der Lageregelung von Kleinsatelliten revolutionieren. Sie nutzt ein Reservoir von Ferrofluid, das durch Permanentmagnete fixiert ist. Quer verbaute Elektromagnete erzeugen eine magnetische Welle und damit eine Welle im Ferrofluid selbst, welches das nicht-magnetische Arbeitsmedium – hier Wasser-Ethanol – antreibt. So entsteht ein Flüssigkeitskreislauf, der ganz ohne mechanisch oszillierende Elemente zielgerichtet und vibrationsarm Drehmomente erzeugt.

Erfahrungen in der Ferrofluid-Forschung
Seit 2017 erforscht das Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart Ferrofluide. Das PAPELL-Experiment demonstrierte erstmals die Steuerung von Ferrofluidbewegungen in Mikrogravitation mittels Magnetfeldern. Diese Erkenntnisse führten zur Entwicklung von Technologien, die mechanische Komponenten durch langlebigere ferrofluidische Lösungen ersetzen. Das nachfolgende FARGO-Experiment testete erfolgreich ferrofluidische Systeme auf der ISS, darunter Kreisel- und Schaltersysteme.

Mitmachaktion: Dein Name im All
Die „Fly Your Name“-Aktion von FARGO wird für FerrAS fortgesetzt. Interessierte haben die Möglichkeit, ihren Namen auf einer SD-Karte zu verewigen, die auf der REXUS-Höhenforschungsrakete ins All fliegt. Zusätzlich erhalten alle, die ihren Namen eintragen, ein virtuelles Ticket als Erinnerung.

Gin wieder mit an Bord
Wie beim FARGO-Experiment spielt auch im FerrAS-Projekt Stuttgarter Gin eine besondere Rolle. Die Arbeitsflüssigkeit, eine Mischung aus Ethanol und Wasser, erweist sich für das verwendete Ferrofluid als ideale Kombination. Zusätzlich wird ein kleiner, versiegelter Container mit Gin als Referenzflüssigkeit an Bord sein. Diese einzigartige Beigabe unterstreicht nicht nur die kreative Verbindung von Wissenschaft und regionalen Besonderheiten, sondern dient auch wissenschaftlichen Vergleichszwecken im Rahmen des Experiments.

„Wir sind sehr gespannt auf die Ergebnisse der Pumpen und freuen uns als Team auf die gemeinsame Zeit und natürlich den Raketenstart in Schweden“, sagt Bahar Karahan, Chefin des Wissenschaftsteams von FerrAS.

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• Höhenforschungsraketen

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Quelle: DLR 27. Februar 2024.

27. Februar 2024 – Am 27. Februar 2024 um 8:27 Uhr ist die Höhenforschungsrakete MAPHEUS-14 des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) erfolgreich von der schwedischen Raketenbasis ESRANGE nahe Kiruna gestartet. Sie erreichte eine Höhe von 265 Kilometer und versetzte ihre wissenschaftliche Fracht rund sechseinhalb Minuten lang in Schwerelosigkeit. Insgesamt 14 Experimente waren an Bord der Rakete, die nach der Landung wieder sicher geborgen wurden. Die Ergebnisse sollen künftigen Weltraummissionen, der Technologie- und Materialentwicklung wie auch den Menschen auf der Erde dienen.

MAPHEUS-14 startete mit dem neuen Raketenmotor RED KITE, der von DLR und Bayern-Chemie gemeinsam entwickelt wurde und nun erfolgreich seinen Regelbetrieb aufgenommen hat. Die zweite Raketenstufe war ein Improved Malemute, ein militärischer Raketenmotor der für den zivilen Forschungseinsatz umgewidmet und ebenfalls von der Bayern-Chemie produziert wurde. Somit lag das Antriebssystem der Höhenforschungsrakete erstmals vollständig in deutscher Hand. Die Forschungsflugreihe MAPHEUS wird vom DLR-Institut für Materialphysik im Weltraum, vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin sowie von der Mobilen Raketenbasis MORABA des DLR gemeinsam mit Partnern aus Schweden betrieben.

„Dank des neuen leistungsfähigen Motors war MAPHEUS-14 unsere bisher umfangreichste und wissenschaftlich stärkste Kampagne. Wir hoffen, dass dies eine neue Ära für das Projekt und unsere Zusammenarbeit mit zahlreichen externen Beteiligten einleiten wird“, sagt Prof. Thomas Voigtmann, wissenschaftliche Projektleiter der Mission vom DLR-Institut für Materialphysik im Weltraum.

Prof. Felix Huber, Direktor der DLR-Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining, ergänzt: „Der RED KITE-Motor ist ein gutes Beispiel für die Zusammenarbeit zwischen Industrie und Forschung. Jetzt haben wir einen eigenen Motor, eine zweite Quelle, die nach unserem Flugprofil entwickelt wurde. Er passt perfekt zu den Anforderungen, die wir haben. Das ist jetzt wirklich ein Vorteil.“

RED KITE – Booster für die Forschung
Der neue Feststoffmotor RED KITE ist als Erst- und Zweitstufe für mehrstufige Höhenforschungsraketen ausgelegt. Er ist besonders leistungsstark und erlaubt Nutzlasten von mehr als 400 Kilogramm. So waren auf MAPHEUS-14 sieben Experimentanlagen sowie ein „Shared Module“ untergebracht, das sieben Kleinexperimente beherbergte.

Forschungseinrichtungen aus Deutschland, Schweden, Frankreich und Australien nahmen an der Mission teil. Einige führten einzigartige Versuche aus der Materialforschung und -fertigung durch, die Technologieentwicklungen vorantreiben. Andere untersuchten menschliche und tierische Zellen, um herauszufinden wie sich das Gehirn regeneriert und wie sich Schwerelosigkeit auf das zentrale Nervensystem auswirkt. Patienten auf der Erde sollen von den Erkenntnissen daraus profitieren. Die Experimente sollen auch einen Beitrag dazu leisten, die Entstehung von Krebs besser zu verstehen. Novum war außerdem das erste komplett 3D-gedruckte Experiment an Bord einer Höhenforschungsrakete.

Deutsch-Schwedische Raumfahrtkooperation
Im Shared Module, das von der Swedish Space Corporation (SSC) verantwortet wurde, waren Experimente im Cubesat-Maßstab untergebracht. Der MAPHEUS-Flug diente als Technologieerprobung für künftige Weltraum-Experimente auf CubeSat-Satelliten. Die kostengünstigen Kleinsatelliten sind für Universitäten wie auch kommerzielle Anwender zunehmend attraktiv.

Das DLR setzte in der aktuellen Mission seine Zusammenarbeit mit adesso SE fort. Der deutsche IT-Dienstleister beteiligte sich an MAPHEUS-14 mit einem Experiment zur Post-Quanten-Kryptographie. Getestet wurde die sichere Datenübertragung aus dem All sowie die Nutzer-Authentifizierung für Fernsteuerungen bei Weltraummissionen. Das Unternehmen wie auch die anderen Experimentteams werten nun ihre einzigartigen Daten aus.

Seit dem Erstflug vor 15 Jahren hat das DLR sein Programm mit Höhenforschungsraketen stetig weiterentwickelt. Der erfolgreiche Flug mit RED KITE erweitert nun den Experimenthorizont für die nächsten MAPHEUS-Missionen.

Über das Projekt
MAPHEUS ist ein Höhenforschungsprogramm des DLR und steht für „Materialphysikalische Experimente unter Schwerelosigkeit“. Seit 2009 finden regelmäßig Flüge mit Höhenforschungsraketen statt. Auf wissenschaftlicher Seite wird das Projekt vom DLR-Institut für Materialphysik im Weltraum sowie dem DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin betrieben. Die Forschungsflüge werden durch die Mobile Raketenbasis (MORABA) der DLR-Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining verantwortet und am Startplatz Esrange der Swedish Space Corporation (SSC) durchgeführt.

Im Rahmen der Mission MAPHEUS-14 arbeitete das DLR zusammen mit den Unternehmen Bayern-Chemie und adesso SE sowie insgesamt 12 Forschungseinrichtungen: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Leibniz Institut für Neue Materialien, Universität Düsseldorf, Université de Bordeaux, Universität Bonn, Technische Hochschule Köln, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, La Trobe University, Astronomisk Ungdom, ResearchSat, Karolinska Institutet, Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT).

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• Höhenforschungsraketen

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Quelle: Johannes Gutenberg-Universität Mainz 5. Dezember 2023.

Am 2. Dezember 2023 um 08:30 Uhr mitteleuropäischer Zeit ist die Mission MAIUS-2 mit einem experimentellen Aufbau zur Erzeugung und Untersuchung von atomaren Quantensystemen vom Raumfahrtzentrum Esrange bei Kiruna (Nordschweden) aus erfolgreich ins Weltall gestartet. Ziel der Mission war die erstmalige gleichzeitige Erzeugung von Bose-Einstein-Kondensaten aus zwei verschiedenen atomaren Spezies (Rubidium und Kalium) während eines Höhenforschungsraketenflugs. Außerdem sollten deren Eigenschaften sowie ihr Zusammenspiel in Schwerelosigkeit studiert werden. Da im Flug bei einem Teil des Lasersystems eine Fehlfunktion auftrat, konnte nur die Erzeugung von Bose-Einstein-Kondensaten aus Rubidium, nicht aber aus Kalium (und entsprechend auch keine Gemische) realisiert und studiert werden. Dennoch können aus den vorangegangenen Messungen am Boden und den Untersuchungen während des Fluges zahlreiche Erkenntnisse gewonnen werden. Auch die für die Mission entwickelten Technologien werden bei der Realisierung von zukünftigen Weltraummissionen von großer Bedeutung sein.

Seitens der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ist die Forschungsgruppe Experimentelle Quantenoptik und Quanteninformation um Prof. Dr. Patrick Windpassinger und Dr. André Wenzlawski beteiligt: In enger Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen der Humboldt-Universität zu Berlin und des Ferdinand-Braun-Instituts in Berlin sowie der Universität Hamburg entwickelten sie das hochkomplexe und dennoch miniaturisierte Lasersystem für die Mission. Dass diese Technologie für die Nutzung im Weltraum weitestmöglich verkleinert wird und dabei trotzdem funktionsfähig bleibt, ist eine wesentliche Grundlage für zukünftige Experimente, wie zum Beispiel für das geplante amerikanisch-deutsche Atomlabor „Bose Einstein Condensate and Cold Atom Laboratory (BECCAL)“ auf der Internationalen Raumstation (ISS).

Bei Bose-Einstein-Kondensaten handelt es sich um einen exotischen Zustand der Materie, bei dem die Atome eine Temperatur von weniger als einem Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt besitzen. Bose-Einstein-Kondensate bieten aufgrund ihrer extrem niedrigen Temperaturen die Möglichkeit, quantenmechanische Phänomene auf makroskopischer Ebene zu beobachten. Dies ermöglicht hochpräzise Messungen und eröffnet neue Möglichkeiten für die Erforschung der grundlegenden Naturkräfte. So soll beispielsweise die Universalität des freien Falls zukünftig mit Hilfe der Atominterferometrie auf die Probe gestellt werden. Atominterferometer basieren auf der Interferenz von Materiewellen, den Bose-Einstein-Kondensaten. Auch für eine genauere und hochaufgelöste Messung des Erdschwerefelds oder für die Navigation von zukünftigen Raumsonden stellen weltraumgestützte Atominterferometer einen vielversprechenden Ansatz dar.

Die Herausforderungen
Zur Erzeugung von Bose-Einstein-Kondensaten werden die Atome zunächst mit Lasern und Magnetfeldern abgekühlt und gefangen. Aus einer sogenannten Magnetfalle werden anschließend die energiereichsten Atome durch das Einstrahlen von Mikrowellen entfernt. Hierdurch gelingt die Kühlung unterhalb der kritischen Temperatur von weniger als minus 273 Grad Celsius, und ein Bose-Einstein-Kondensat wird erzeugt. 2017 gelang im Rahmen des Projekts MAIUS-1 erstmals die Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats im All. MAIUS-1 wurde bereits als eines der komplexesten Experimente, welches je auf einer Höhenforschungsrakete geflogen ist, betitelt. In MAIUS-1 wurden Bose-Einstein-Kondensate mit Rubidium-Atomen erzeugt und erstmals Atominterferometrie im Weltraum durchgeführt.

In der neu entwickelten Nachfolge-Nutzlast sollten nun weitere vorbereitende Experimente für die Atominterferometrie mit zwei atomaren Spezies (Rubidium und Kalium) durchgeführt werden. Da zur Kühlung und Detektion der Atome Laserlicht nahe ihrer spezifischen Resonanzfrequenzen verwendet wird, ist es erforderlich, die doppelte Anzahl von Lasern inklusive der zu ihrem Betrieb erforderlichen Elektronik in die Nutzlast zu integrieren. Eine technologische Herausforderung für das Team der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler: Trotz der gesteigerten Komplexität der Nutzlast mussten die Masse und das Volumen des Aufbaus annähernd konstant gehalten werden.

Die Mission
In den etwa fünfeinhalb Minuten im Weltraum konnte die Erzeugung von Bose-Einstein-Kondensaten mit Rubidium demonstriert und deren Verhalten im freien Fall untersucht werden. Zudem konnten die Forschenden die Erzeugung und das Verhalten kalter Atomwolken während der Brenndauer der Rakete untersuchen. Die Ergebnisse werden derzeit noch untersucht, und auch der Grund der Fehlfunktion ist Ziel einer eingehenden Untersuchung. Für abschließende Erklärungen oder Ergebnisse ist es allerdings derzeit noch zu früh.

„Die hier entwickelten Technologien und Experimente werden zukünftige Missionen auf Forschungsraketen und der Internationalen Raumstation ermöglichen und stellen somit einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zur Nutzung von Quantensensoren im Weltraum dar,“ erklärt André Wenzlawski, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Gruppe Windpassinger. Ein tiefgehendes Verständnis dieser Techniken und des Verhaltens der Gemische ist nicht nur für die Folgemission MAIUS-3, sondern auch für zukünftige Missionen auf der Internationalen Raumstation oder auf Satelliten essenziell. In diesen Experimenten sollen mit Hilfe von Atominterferometern im Weltraum bisher unerreichte Genauigkeiten erzielt werden. Die MAIUS-Höhenforschungsraketen leisten dabei Pionierarbeit für weitere Experimente mit kalten Atomen und Atominterferometern im Weltall.

Deutscher Forschungsverbund realisiert die Mission
Die Mission MAIUS-2 (Materiewellen-Interferometrie unter Schwerelosigkeit) wurde im Rahmen des Projektes QUANTUS IV – MAIUS durchgeführt. Dieses Projekt steht unter der Leitung des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) an der Universität Bremen im Verbund mit der Leibniz Universität Hannover, der Humboldt-Universität zu Berlin und dem Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) in Berlin sowie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz. Dem Forschungsverbund gehören außerdem das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik in Hannover, das DLR-Institut für Softwaretechnologie in Braunschweig, die Universität Hamburg und die Mobile Raketenbasis des DLR (MORABA) an, welche auch die Startkampagne durchgeführt hat. Koordiniert und unterstützt wird das Projekt vom DLR Raumfahrtmanagement mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK).

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• Höhenforschungsraketen

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Quelle: Rocket Factory Augsburg 2. Juni 2023.

Augsburg – 2. Juni 2023. Der Startdienstleister Rocket Factory Augsburg AG (RFA) hat seine Oberstufe erfolgreich über die volle Dauer von 280 Sekunden getestet. Dies markiert den erfolgreichen Abschluss der IST-Kampagne (Integrated System Test), bei der ein Helix-Triebwerk mit gestufter Verbrennung in ein Oberstufentanksystem integriert und mehrmals sowie abschließend bis zur kompletten Flugdauer heiß gezündet wurde. Dies ist das erste Mal in Europa, dass eine privat entwickelte Oberstufe mit gestufter Verbrennung erfolgreich getestet wurde.

Bei der nun erfolgreich abgeschlossenen IST-Kampagne wurden alle Systeme und Komponenten der Stufe getestet. Der abschließende Test umfasste eine volle Brenndauer von 280 Sekunden. Damit ist RFA das erste private Unternehmen in Europa, das eine Stufe mit einem Triebwerk mit gestufter Verbrennung über die gesamte Flugdauer erfolgreich zündete. Mit dieser langen Brenndauer ist das Helix-Triebwerk nun gleichzeitig für den Flug der ersten und zweiten Stufe qualifiziert.

„Die Oberstufe funktionierte einwandfrei und durchlief die volle 310s-Autosequenz, ohne einen automatischen Stopp auszulösen. Die Triebwerkslaufzeit betrug 280 Sekunden, und nach dem Test konnten keine Schäden festgestellt werden. Dies ist der erste erfolgreiche Qualifikationstest unserer Oberstufe, und wir sind sehr stolz auf unser Team, das die Entwicklung, den Bau und die Tests so zeit- und kosteneffizient durchgeführt hat“, sagte Dr. Stefan Brieschenk, Chief Operating Officer des Unternehmens. „Mit den Daten, die wir gesammelt haben, werden wir alle Teilsysteme der Oberstufe und der ersten Stufe weiter optimieren. Unser nächster großer Schritt ist der Heißbrandtest der ersten Stufe. Wir nähern uns mit großen Schritten unserem ersten Start, es wird ernst.“

Dr. Stefan Tweraser, CEO von RFA, fügte hinzu: „Dieser erfolgreiche Test ist für uns ein großer Schritt nach vorn. Er ist eine vollständige Bestätigung unserer Strategie, eine kleine Trägerrakete zu entwickeln, die sowohl sehr leistungsfähig als auch kostenmäßig führend ist. Mit diesem Test der Oberstufe über ihre gesamte Brenndauer haben wir erneut bewiesen, dass wir in der Lage sind, mehr Meilensteine mit weniger, aber intelligenteren Investitionen zu erreichen als alle unsere Wettbewerber“.

Die beim schwedischen Esrange Space Center durchgeführte Kampagne ist der bisher wichtigste Meilenstein im Entwicklungsprozess: Bei 280 Sekunden stationärer Verbrennung wurden die Funktionalität und Kompatibilität aller Oberstufensysteme bewiesen, darunter Betankungsvorgänge, Treibstoffmanagement, Bedrückung, Sensoren, Antrieb und Steuerung. Es wurden wertvolle Daten für die weitere Optimierung von Triebwerk und Stufe gesammelt. RFA wird sich nun auf die Montage der ersten Stufe konzentrieren und die Bauarbeiten auf dem Startplatz fortsetzen.

Über gestufte Verbrennung
Im Juli 2021 testete RFA als erstes Unternehmen in der Europäischen Union erfolgreich ein gestuftes Verbrennungstriebwerk mit einem acht Sekunden dauernden Heißzündungstest. Damit war RFA das dritte kommerzielle Unternehmen der Welt, das einen gestuften Verbrennungsmotor in großem Maßstab erfolgreich getestet hat. Im August 2022 folgte eine Heißbrandkampagne der Helix in Flugkonfiguration mit einer Gesamtbrenndauer von 74 Sekunden. Dasselbe Triebwerk wurde dreimal gezündet und gestoppt, ohne dass Komponenten ausgetauscht werden mussten.

Die gestufte Verbrennungstechnologie zeichnet sich durch eine höhere Effizienz und Leistung im Vergleich zu konventionellen Raketenmotoren mit offenem Verbrennungskreislauf aus. Die teilweise unverbrannten Abgase aus der Turbopumpe werden in die Hauptbrennkammer geleitet, wodurch die Freisetzung von unverbranntem Treibstoff vermieden wird. Durch die Wiederverwertung der Abgase wird die Effizienz der Trägerrakete erheblich gesteigert, während gleichzeitig die Startkosten gesenkt und die CO₂-Emissionen bei Raketenstarts minimiert werden.

Über Rocket Factory
Rocket Factory Augsburg wurde 2018 mit der Vision gegründet, datengenerierende Geschäftsmodelle im Weltraum zu ermöglichen, um unseren Planeten Erde besser zu überwachen, zu schützen und zu vernetzen. Vor diesem Hintergrund hat sich das Unternehmen zum Ziel gesetzt, wöchentlich Starts von bis zu 1.300 kg in niedrige Erdumlaufbahnen und darüber hinaus zu sehr wettbewerbsfähigen Preisen anzubieten. Damit will RFA den Zugang zum Weltraum demokratisieren und die Startkosten in der Raumfahrtindustrie senken. Der RFA ONE Startservice kombiniert drei wichtige Wettbewerbsvorteile: Ein kundenorientierter Service mit präziser Aussetzung in der Umlaufbahn und einem hohen Maß an Missionsflexibilität durch das Redshift OTV; zu einem äußerst wettbewerbsfähigen Preis; ermöglicht durch eine überlegene gestufte Verbrennungstechnologie, kostengünstige Edelstahltanks und die Verwendung von Industriekomponenten.

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• Rocket Factory Augsburg (RFA)

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Quelle: Julius-Maximilians-Universität Würzburg 2. Mai 2023.

2. Mai 2023 – Passend zum Frühjahr, wenn der Pollenflug Allergieleidende plagt, sind die sogenannten SpaceSeeds Ahornsamen nachempfunden. Sie nutzen das Prinzip der Autorotation, um – ganz wie das natürliche Vorbild – sanft zur Erde zu gleiten. Entwickelt hat sie ein Team aus rund 40 Studierenden der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU). Sie haben sich im Verein WüSpace e.V. organisiert.

Möglich machte den Weltraumflug der SpaceSeeds das REXUS/BEXUS-Programm. Dieser Zusammenschluss mehrerer europäischer Raumfahrtorganisationen bietet Studierendengruppen regelmäßig die Chance, eigene Raumfahrtprojekte umzusetzen und praktische Erfahrungen zu sammeln.

Eine Alternative zum Fallschirm
Aus dem ursprünglichen Daedalus-Projekt, welches 2019 den Flug ins All angetreten hatte, war WüSpace entstanden. Nun durfte das Team von Daedalus 2 dem Beispiel des Vorgängerprojekts folgen: Am 1. April waren die SpaceSeeds an Bord einer REXUS-Rakete, die vom Esrange Space Center in Nordschweden gestartet war.

Die beiden Landekapseln wurden in 80 Kilometern Höhe ausgeworfen und sammelten während ihres kontrollierten Falls eine Vielzahl von Daten: „Neben einigen allgemeinen Daten, etwa Luftdruck und Temperatur, waren das vor allem solche, die zur Weiterentwicklung der Technologie nötig sind“, erklärt Zuri Klaschka aus dem Vorstandsteam von WüSpace.

Das Prinzip der Autorotation könnte zukünftig Fallschirme bei der Rückkehr von Landekörpern aus dem All ersetzen: „Unser Ziel ist es, über eine aktive Regelung des Anstellwinkels der Rotorblätter einen kontrollierten Fall zu induzieren. Diese Technik kann in einigen Aspekten gegenüber Fallschirmen zu bevorzugen sein,“ so Projektleiter Frederik Dunschen. Die aktive Regelung des Anstellwinkels stellt die wichtigste Weiterentwicklung im Vergleich zum ersten Projekt dar.

REXUS/BEXUS: „Unheimlich wertvolle Erfahrung“
Am REXUS/BEXUS-Programm sind neben dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) auch die Schwedischen Nationalen Raumfahrtbehörde (SNSA) und die Europäische Weltraumorganisation (ESA) beteiligt. Gefördert werden Raketen- (REXUS) und Ballonexperimente (BEXUS) von Studierenden.

Für Zuri Klaschka ist „die Erfahrung, vollkommen selbstständig – mit allen Herausforderungen, Schwierigkeiten und sonstigen Schritten, die dies mit sich bringt – ein Raumfahrtprojekt umzusetzen, unheimlich wertvoll.“

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• Höhenforschungsraketen

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Quelle: DLR 27. März 2023.

27. März 2023 – Nach zwei Jahren ist es endlich soweit: Die Forschungsraketen REXUS 29 und 30 starten vom Raumfahrtzentrum Esrange bei Kiruna in Nordschweden. Ab dem 28. März 2023 öffnet sich das Startfenster, sofern die Wetterbedingungen mitspielen. Mit an Bord sind insgesamt neun Experimente von Universitätsteams aus Deutschland, Schweden, Rumänien und Norwegen. Die fast sechs Meter langen Raketen besitzen einen Durchmesser von rund 36 Zentimetern und können bis zu 40 Kilogramm Experiment-Nutzlast tragen. Sie durchfliegen auf ihrem Parabel-ähnlichen Flug zwei Schichten der Atmosphäre – die sogenannte Tropo- und Stratosphäre – und erreichen die Mesosphere in einer Höhe von bis zu 80 Kilometern. Auf dem Flug durch diesen suborbitalen Raum herrscht dann für rund zwei Minuten Schwerelosigkeit – Zeit genug, um alle Experimente an Bord auszuführen.

„Hier in Kiruna sehen wir jedes Jahr junge, engagierte Nachwuchstalente, die Tag und Nacht an ihren Experimenten arbeiten. Sie wollen unbedingt bei diesen REXUS-Flügen dabei sein. Das wissenschaftliche Potenzial ist sehr groß. Das macht dieses Nachwuchsprogramm mit jedem neuen Start deutlich“, betont Dr. Michael Becker, Leiter des REXUS/BEXUS-Programms (Raketen- und Ballon-Experimente für Universitäts-Studierende) bei der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. Das Nachwuchsprogramm gibt es schon seit dem Jahr 2007 und bringt pro Jahr im Februar oder März zwei REXUS-Forschungsraketen sowie im September oder Oktober zwei BEXUS-Forschungsballone in den sogenannten suborbitalen Raum. „Aufgrund der Pandemie musste diese REXUS-Startkampagne allerdings immer wieder verschoben werden“, erklärt Michael Becker. „Auch für die Studierenden haben die Verschiebungen große Herausforderungen mit sich gebracht. Die haben sie alle erfolgreich gemeistert. Nun sind alle gespannt auf zwei spannende Starts und die Durchführung der lang vorbereiteten Experimente.“

REXUS 29: Experimente aus Deutschland, Norwegen und Rumänien mit an Bord
Auch bei dieser Doppel-Kampagne werden erneut verschiedenste Themenbereiche zur Forschung in Schwerelosigkeit abgedeckt. Wenn die REXUS-29-Forschungsrakete voraussichtlich am 29. März 2023 in Richtung Stratosphäre abhebt, werden insgesamt fünf Experimente mit an Bord sein, von denen drei aus Deutschland, eines aus Rumänien und eines aus Norwegen stammen.

Mit dem Experiment S CEPHEI (Suspension of Carbon Nanotubes under Dielectrophoretic Influence) untersucht das Team der Technischen Universität Dresden spezifische Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT). Aufgrund ihrer besonderen thermischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften sind diese sehr vielseitig einsetzbar. Mit ihnen lassen sich Materialien für den Schutz vor elektrostatischen Entladungen und vor elektromagnetischen Störungen sowie für Sensorik und mechanische Verstärkung entwickeln. Da die Eigenschaften von der Ausrichtung dieser Nanoröhrchen abhängen, ist es wichtig, diesen Ausrichtungsprozess im Detail zu verstehen.

Das Team HERMESS (Hull applied ElectroResistive MEasurement of Structural Strains) der Universität der Bundeswehr München hat sich zur Aufgabe gemacht, die mechanische Beanspruchung bei der Flugbelastung besser zu charakterisieren und damit Erkenntnisse über die realen Flugbelastungen in der Struktur ihres Raketenmoduls zu gewinnen. Ein besseres Verständnis der tatsächlich in der Struktur auftretenden Belastungen ermöglicht Leichtbauansätze, die zu einer besseren Materialausnutzung und damit zu einer Reduzierung der Masse und der Kosten führen können.

Mit einem sogenannten „Space Seed“ entwickelte das Team Deadalus2 der Universität Würzburg ein Fluggerät, das wie beim langsamen Fall eines Ahornsamens durch Eigenrotation bei der Rückkehr zur Erde abgebremst wird. Um den Flug zu stabilisieren, wird der Körper des „Space Seed“ vom Rotor entkoppelt und der gesamte Flug durch Kontrollsysteme überwacht. Der Einsatz von Landekontrollen soll den sicheren Transport einer möglichen Nutzlast ohne Fallschirm – zum Beispiel zur Landung auf anderen Planeten – ermöglichen.

Team ECRIDA – (3D Printing by Curing Resin In-orbit using UV Digital Light Processing Apparatus) der University Politehnica Bucharest aus Rumänien entwickelte einen DLP-Drucker zur Herstellung von 3D-Objekten. Dabei wird ein Harz mit UV-Licht gehärtet, um während der Schwerelosigkeitsphase einen Prüfkörper herzustellen.

Ziel von RaPTeX (Radiologic Particle Telescope eXperiment) der Arctic University of Norway, ist die Erforschung der Atmosphäre durch Messung geladener Teilchen (wie Pionen, Myonen) während des REXUS-Flugs. Das Experiment verwendet Halbleitersensoren und einen strahlungsresistenten, anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC). Die wissenschaftlichen Daten, die während des Fluges gesammelt werden, dienen der Erprobung dieser Technologie für CubeSat Anwendungen.

REXUS 30: Experimente aus Deutschland und Schweden gehen gemeinsam auf die suborbitale Reise
Wenn mit REXUS 30 die zweite Forschungsrakete voraussichtlich am 30. März 2023 in Richtung Stratosphäre abhebt, werden insgesamt vier Experimente mit an Bord sein. Zwei davon kommen aus Deutschland und die anderen beiden aus Schweden.

An Bord von REXUS 30 befindet sich das Experiment IMFEX (ISRU MoonFibre Experiment) des Studierendenteams der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen. Das MoonFibre-Experiment zielt darauf ab, eine Technologie zu entwickeln, mit der man künftig Materialien aus Mondregolith herstellen können soll. Das In-situ-Ressourcennutzungs-MoonFibre EXperiment ist das erste Experiment, das zeigen soll, dass das Spinnen von Fasern in der Schwerelosigkeit möglich ist. Dabei sollen die optimalen Spinnparameter bestimmt und die mechanischen Eigenschaften der erzeugten Fasern mit unter Schwerkraft hergestellten Kontrollproben verglichen werden. Die Ergebnisse dieses Experiments sind ein wichtiger Beitrag zur Entwicklung künftiger Faserspinnanlagen auf dem Mond, um damit zu einer zukünftigen Besiedlung des Mondes beizutragen.

Mit dem Thema Mond beschäftigt sich auch das Team µMoon (Verification and Simulation of Enceladus‘ Plume Models) der Aachen University of Applied Sciences. Der Saturnmond Enceladus wurde als Kandidat für die Suche nach Leben und dessen Entwicklung sowie für die Rolle von flüssigem Wasser identifiziert. In der Nähe seines Südpols wurden an der Oberfläche „Plumes“ beobachtet, die wie kalte Geysire regelmäßig Gasmoleküle und Eispartikel ausspucken, die sich der Anziehungskraft von Enceladus entziehen und die äußeren Ringe des Saturns bilden. µMoon soll diese Geysire unter Weltraumbedingungen mit einem Experimentmodul nachbilden. Dazu wurde eine Düse mit einer eisähnlichen Oberfläche und einem darunter liegenden Wasserreservoir entwickelt, um die Eisspalten auf Enceladus zu simulieren. Durch Messungen von Plume-Austritten aus einer Wasserzusammensetzung, die der von Enceladus ähneln soll, wird diese realistische Nachbildung die aktuellen Hypothesen über die Mechanismen von Eismond-Plumes im Modellversuch überprüfen.

Das schwedische Team B2D2 (Bistable Boom Dynamic Deployment) des Royal Institute of Technology möchte mit seinem Experiment zeigen, dass qualitativ hochwertige Messungen des Erdmagnetfeldes von einer CubeSat-Plattform aus möglich sind, wobei ein selbstausfahrender Ausleger mit zwei Magnetometern verwendet wird. Dafür wird eine Free Falling Unit (FFU) von der REXUS-Rakete abgeworfen. Die Demonstration des Einsatzes des Auslegers soll dazu beitragen, ihn für weitere Forschungen und künftige Weltraummissionen zu qualifizieren.

Team ASTER (Attitude Stabilized Free Falling Experiment) der Luleå University of Technology in Schweden zielt darauf ab, ein leistungsfähiges, kostengünstiges und einfach zu integrierendes Lageregelungssystem für frei fallende Experimente zu entwickeln, die von Höhenforschungsraketen abgeworfen werden. Drei elektrisch angetriebene Reaktionsräder sollen dabei die frei fallende Einheit in drei Achsen in einer Umgebung mit reduzierter Schwerkraft stabilisieren und ausrichten.

REXUS und BEXUS: ein Programm für den wissenschaftlichen Nachwuchs
Das deutsch-schwedische Programm REXUS/BEXUS (Raketen- /Ballon-Experimente für Universitäts-Studenten) ermöglicht Studierenden, eigene praktische Erfahrungen bei der Vorbereitung und Durchführung von Raumfahrtprojekten zu gewinnen. Der nächste Aufruf für Experiment-Vorschläge wird voraussichtlich Mitte 2023 veröffentlicht. Jeweils die Hälfte der Raketen- und Ballon-Nutzlasten stehen Studierenden deutscher Universitäten und Hochschulen zur Verfügung. Die schwedische Raumfahrtagentur SNSA hat den schwedischen Anteil für Studierende der übrigen Mitgliedsstaaten der Europäischen Weltraumorganisation ESA geöffnet.

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• Höhenforschungsraketen

Der Beitrag REXUS/BEXUS-Programm bringt Nachwuchsexperimente mit Forschungsraketen in die Schwerelosigkeit: Studierende können wieder durchstarten erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Hochschule München 14. März 2023.

14. März 2023 – Eine Gruppe von Wissenschaftlern und ehemaligen Studierenden der HM hat in einer Forschungsrakete Experimente zur Fertigung von Strukturen im Weltraum durchgeführt. Die gedruckten Proben wurden am Esrange Space Center, nördlich des Polarkreises in Schweden, zurückgeführt und ausgewertet.

Erster automatisierter 3D-Druck unter Weltraumbedingungen
Die Versuche an Bord der 5,60 m langen und 35,5 cm breiten Forschungsrakete wurden in einer Höhe von bis zu 90 km durchgeführt und hatten zum Ziel, aus einem mitgeführten, flüssigen photoreaktiven Harz unter Bedingungen der Schwerelosigkeit und in einem Vakuum mit einem 3D-Drucker Stäbe zu fertigen. Das studentische Team um Prof. Dr. Markus Pietras, Leiter des Masterstudiengangs Luft- und Raumfahrttechnik, und Doktorand Michael Kringer waren sehr zufrieden mit den Ergebnissen: „Keiner wusste, ob unser Konzept vom autonomen 3D-Druck mit flüssigem Druckmaterial unter realen Weltraumbedingungen funktionieren würde. Jeder kennt die Bilder von Flüssigkeiten, die durch die Raumstation als kugelförmige Tropfen schweben. Wir hatten schon Bedenken, dass so etwas auch mit unserem Material passieren könnte. Durch eine Härtung des Druckmaterials mit UV-Licht direkt an der Düse hat es sich während des Druckes jedoch so verhalten wie erhofft und wir konnten damit erfolgreich Stäbe produzieren.

Neue Perspektiven für die Raumfahrt
Die an der HM entwickelte Technologie erzeugt unmittelbar durch die dreidimensionale Bewegung des Druckkopfes neue Komponenten. Das photoreaktive Harz wird aus dem Druckkopf durch eine Düse gedrückt und unter Bestrahlung mit UV-Licht gehärtet. Die Methode ist sehr energieeffizient, da nur LEDs betrieben werden und eine Nachhärtung sogar mit Sonnenlicht erfolgen kann. Auch entsteht dabei nur wenig Abwärme, die im Weltraum kompliziert abgeführt werden muss. Der herkömmliche 3D-Druck, wie er zum Beispiel auf der Internationalen Raumstation durchgeführt wird, benötigt erheblich mehr Energie, denn hier wird thermoplastischer Kunststoff erst geschmolzen, um dann schichtweise aufgetragen und wieder abgekühlt zu werden.

Die zukünftige Anwendung liegt in der Erzeugung großer Strukturen direkt vor Ort, damit der aufwendige Transport von Teilen entfällt. Kringer erläutert die Vorzüge: „Auf Trägerraketen ist der Platz begrenzt. Wichtige Komponenten wie Antennen oder Solargeneratoren müssen daher für den Start sehr kompakt gestaltet und dann im Orbit entfaltet werden. Mit 3D-Druck könnten wir die Strukturen vor Ort so bauen, wie wir sie wirklich haben wollen.“

Vom Labor zum In-Space Manufacturing
Die Fertigung von Strukturen im Weltraum beschäftigt schon allein aus Kostengründen alle Weltraumorganisationen. Nach erfolgreichen Tests mit dem 3D-Druck von komplexen Strukturen und Formen im Labor der HM war der nächste logische Schritt eine Erprobung unter Bedingungen der Schwerelosigkeit. Das Team bewarb sich 2020 erfolgreich beim FlyYourThesis!-Programm der Europäischen Weltraumagentur (ESA). Bei Parabelflügen in einem umgebauten Airbus erprobten sie ihr Verfahren weiter. Mit den Tests in einer Höhenforschungsrakete haben die Forscher nun den Beweis geführt, dass die Technologie auch im Weltraum einsatzfähig ist. Gemeinsam mit der ESA und Industriepartnern wird die Technologie weiter erforscht, und schon über den nächsten Schritt nachgedacht: Ein längerer Einsatz des Druckers auf einem Satelliten in der Erdumlaufbahn. Pietras ist optimistisch: „Abgesehen von den wirtschaftlichen Aspekten wird die Technologie auch die Möglichkeiten zur Erforschung des Weltraums erweitern. Weltraumgestützte Solarenergie oder eine bemannte Marsmission kann ich mir zum Beispiel ohne eine Fertigung vor Ort nicht vorstellen.“

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• 3D-Drucker in der Raumfahrt

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Quelle: DLR 4. November 2022.

4. November 2022 – Ein komplexes Raumfahrtprojekt während des Studiums auf die Beine stellen – von der Idee über die Planung und den Bau der Experimente bis hin zum Flug auf einer Forschungsrakete – das ermöglicht das deutsch-schwedische Programm REXUS/BEXUS (Raketen-/Ballon-Experimente für Universitäts-Studenten) der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR und der Schwedischen Nationalen Raumfahrt-Agentur (SNSA). Zwischen dem 4. und 7. November 2022 sollen die beiden Forschungsraketen REXUS 27 und REXUS 28 vom Raumfahrtzentrum Esrange bei Kiruna in Nordschweden starten. Mit an Bord sind die Experimente von fünf Studierenden-Teams von Universitäten aus der Schweiz, Belgien, den Niederlanden und Deutschland. Die Raketen werden bei dem parabelähnlichen Flug eine Höhe von etwa 80 Kilometern erreichen, wobei für rund zwei Minuten Schwerelosigkeit herrscht.

„Die Startkampagne musste leider aufgrund der Pandemie mehrmals verschoben werden, was für alle Beteiligen eine große Herausforderung war“, erklärt Dr. Michael Becker, Leiter des REXUS/BEXUS-Programms der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. „Deshalb freuen wir uns sehr, dass beide Forschungsraketen nun starten können, und sind gespannt auf die Auswertung und Ergebnisse der Experimente.“

Wenn die Forschungsrakete REXUS 27 in Richtung Stratosphäre abhebt, hat sie drei Experimente an Bord. Mit dem Experiment HADES (Hayabusa-capsule active dynamic re-entry stabilisation) erforschen Studierende der Fachhochschule Westschweiz (HES-SO) die dynamische Stabilität einer Wiedereintrittskapsel in der Atmosphäre. Das Team FLORENCE (Flow boiling regime in microgravity conditions experiment) der Katholischen Universität Löwen, Belgien, untersucht mit seinem Experiment die Strömung in Kühlkanälen eines simulierten Raketentriebwerk-Modells bei geringer Schwerkraft.

3D-Druck unter Weltraumbedingungen
Ein Verfahren der additiven Fertigung, auch 3D-Druck genannt, untersucht das Team AIMIS (Additive manufacturing in space) der Hochschule München. Unter Weltraumbedingungen werden während des REXUS-Flugs mehrere Säulen aus photoreaktivem Kunstharz durch eine formgebende Öffnung gepresst (extrudiert) und anschließend unter UV-Licht ausgehärtet. Der Versuch dient dem Nachweis eines stabilen Fertigungsprozesses. Die gefertigten Stäbe werden anschließend auf ihre Materialeigenschaften untersucht. Zukünftig soll diese Methode die Herstellung größerer Strukturen, wie Teile von Raumstationen oder Raumschiffen im Weltraum ermöglichen.

Robotertechnik für den Einsatz im Weltraum
Der Start der REXUS-28-Rakete ist für den 7. November 2022 geplant. An Bord befinden sich zwei Experimente von Studierenden der Technische Universität Delft, Niederlande, und Universität Stuttgart. Das Experiment SPEAR (Supersonic Parachute Experiment Aboard REXUS) der TU Delft testet einen selbst entwickelten Hemisflo-Fallschirm unter Überschallbedingungen für sogenannte Wiedereintrittssysteme. Dafür wird eine Kapsel mit unterschiedlichen Sensoren am höchsten Punkt der Flugbahn aus der Spitze der REXUS-Rakete ausgeworfen und von dem Fallschirm abgebremst.

Das Experiment ROACH2 (Robotic in-Orbit Analysis of Cover Hulls 2) von Studierenden der Universität Stuttgart beschäftigt sich mit der Frage, wie Beschädigungen an Raumstationen oder Raumschiffen, die beispielsweise durch Weltraumschrott verursacht wurden, repariert werden können. Das Team entwickelte einen Roboter, der sich mithilfe von Elektroadhäsion (das Aneinanderhaften zweier Materialien, zwischen denen eine elektrische Spannung angelegt wird) in der Schwerelosigkeit auf Oberflächen von Raumfahrzeugen fortbewegen kann. „Rover wie ROACH 2 sollen in Zukunft auf der Außenhaut einer Raumstation laufen, um Schäden zu begutachten. Dabei setzen wir auf Elektroadhäsion – die Kraft, die Luftballons an der Wand hält, nachdem sie an den Haaren aufgeladen wurden. Dazu kombinieren wir ein Experiment auf einer Höhenforschungsrakete mit einem kleinen Rover, der sich in der Rakete fortbewegt“, erklärt Natascha Bonidis für das ROACH2-Team. „Das REXUS-Programm bietet uns eine ideale Möglichkeit, diese Technologiedemonstration durchzuführen und zusätzlich noch eine professionelle Betreuung durch Experten.“

„Dieses einzigartige Experiment soll nachweisen, dass diese Technologie für die extreme Umgebung des Weltraums geeignet ist“, erklärt Dr. Michael Becker. Mithilfe von Sensoren und Kameras in der Höhenforschungsrakete wird das Experiment überwacht und im Anschluss ausgewertet. Zukünftig könnten mit dieser Technologie Roboter entwickelt werden, die Schäden auf der Oberfläche von Raumfahrzeugen erkennen und vor Ort reparieren.

REXUS und BEXUS: ein Programm für den wissenschaftlichen Nachwuchs
Das deutsch-schwedische Programm REXUS/BEXUS (Raketen-/Ballon-Experimente für Universitäts-Studenten) bietet seit 2007 Studierenden aus Deutschland, Schweden und ESA-Mitgliedstaaten die Möglichkeit, eigenständig auf Raketen und Ballonen wissenschaftliche Experimente zu fliegen. Sie bekommen so praktische Erfahrungen bei der Vorbereitung und Durchführung eines Raumfahrtprojekts.

Um an dem Programm teilzunehmen, müssen die Studierenden einen Experimentvorschlag einreichen. Nach einer Vorauswahl werden die Teams zur Deutschen Raumfahrtagentur in Bonn eingeladen, um ihr Experiment vorzustellen. Die ausgewählten Experimente erhalten einen Platz auf einem Stratosphärenballon oder einer Forschungsrakete. Während einer Trainingswoche werden die Experimentkonzepte von Raumfahrtingenieuren und -experten überprüft, und die Teams lernen die Raketen- und Ballonsysteme kennen. Die REXUS/BEXUS-Ingenieure unterstützen die Studierenden auch während der Bauphase der Experimente.

Der nächste Aufruf für Experimente-Vorschläge wird voraussichtlich Mitte 2023 veröffentlicht. Jeweils die Hälfte der Raketen- und Ballon-Nutzlasten stehen Studenten deutscher Universitäten und Hochschulen zur Verfügung. Die schwedische Raumfahrtagentur SNSA hat den schwedischen Anteil für Studierende der übrigen Mitgliedsstaaten der Europäischen Weltraumorganisation ESA geöffnet.

Auf deutscher Seite erfolgt die Projektleitung mit der Betreuung der Experimente durch das Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnik (ZARM) in Bremen. Die Flugkampagnen führt EuroLaunch durch, ein Joint Venture der Mobilen Raketenbasis des DLR (MORABA), die für die Bereitstellung der Raketensysteme zuständig ist, und das Esrange Space Center des schwedischen Raumfahrtunternehmens SSC, das über die Startinfrastruktur verfügt. Die Programmleitung liegt beim der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR in Bonn.

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• Höhenforschungsraketen

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Quelle: adesso SE 21. Oktober 2022.

21. Oktober 2022 – Der Einsatz von adesso-Software im All ist der Startschuss für eine Kooperation mit dem DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin im Rahmen des Höhenforschungsraketenprogramms MAPHEUS.

Das Forschungsraketenprogramm MAPHEUS des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) führt materialphysikalische und biologische Experimente unter Schwerelosigkeit im Weltraum durch. Jährlich startet das DLR eine MAPHEUS-Forschungsrakete, die bis zu 260 Kilometer Höhe erreicht und damit an die sechs Minuten Schwerelosigkeit ermöglicht, bevor sie wieder in die Erdatmosphäre eintritt. Durch die jährlichen MAPHEUS-Flüge besteht die Möglichkeit, eine Experimentanlage auf unterschiedlichen Flügen mit verschiedenen Proben zu bestücken und dadurch eine Vielzahl an wissenschaftlichen Resultaten zu gewinnen.

Bei der diesjährigen MAPHEUS-12-Mission fungiert adesso erstmals als IT-Kooperationspartner des DLR und war beim Start der Rakete heute auf der schwedischen Raketenbasis ESRANGE mit von der Partie. adesso lieferte für ein Experiment der heute Morgen erfolgreich absolvierten MAPHEUS-12-Mission die komplette Software-Infrastruktur für das Teilexperiment „Exp.007/Blofeld“. Dieses war gemeinsam mit den anderen materialphysikalischen und biologischen Experimenten rund sechs Minuten der Schwerelosigkeit im All ausgesetzt.

Forschungsgegenstand des Experiments „007/Blofeld“ sind chipgesicherte kryptografische Operationen, die vor allem die Validität von Sensordaten im All betreffen. Die Absicherung von Sensordaten in Raumfahrzeugen und in „Lebenserhaltungssystemen“ (Ökosystemen) im All nimmt eine immer größere Rolle in der Weltraumforschung ein. Dabei kommt dem Thema IT-Security und Datenverschlüsselung, einem weiteren Spezialgebiet von adesso, eine entscheidende Bedeutung zu: So konnte im Experiment „007/Blofeld“ zum ersten Mal eine Methode (ein Softwaremodul) zur „Beweiswerterhaltung“ (Datenvalidität) per elektronischer Signatur und Verschlüsselung von wissenschaftlichen Sensordaten unter Weltraumbedingungen mit Unterstützung von adesso getestet werden.

Dr. Jens Hauslage, Gravitationsbiologe am DLR Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin, beschreibt die Herausforderung für Datensicherheit im Weltraum: „Für den Betrieb von Lebenserhaltungssystemen und Raumfahrzeugen im Weltall sind sichere Datenverbindungen eine notwendige Grundlage. Nur valide Messwerte können einen Langzeitbetrieb von Raumstationen und Lebenserhaltungssystemen sichern und sie gegen Manipulationen schützen. Die wissenschaftliche Kooperation mit adesso, dessen Experten über profunde IT-Security-Expertise verfügen, ermöglicht es uns, die sichere Authentisierung und verschlüsselte Kommunikation zum ersten Mal im Weltraum zu testen und Erfahrungen für zukünftige Missionen zu sammeln.“

Konkret greift für den Versuch „007/Blofeld“ ein implementierter „Spion“-Chip verschlüsselte Temperaturdaten ab. Dieses Experiment soll zeigen, dass selbst abgehörte Daten für den Spion nicht zu verwenden sind und die Daten für den Empfänger valide bleiben. Christian Kahlo, Softwareexperte bei adesso, hat die Softwarearchitektur für das MAPHEUS-12-Experiment „007/Blofeld“ federführend entwickelt. Er sieht in den ersten Schritten bei der DLR-Mission eine gute Basis für den Aufbau einer eigenen Experteneinheit bei adesso: „Mit unserem ersten Weltraumprojekt sammeln wir wertvolle Erfahrungen für die Planung unseres neuen Geschäftssegments ‚adesso Aerospace‘. Hier möchten wir uns als IT-Forschungspartner für den Einsatz von Softwareanwendungen in der Luft- und Raumfahrt zukünftig etablieren.“

Das DLR-Höhenforschungsraketenprogramm MAPHEUS steht unter der Gesamtleitung des Instituts für Materialphysik im Weltraum des DLR Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt.

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• Höhenforschungsraketen

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Quelle: DLR 21. Oktober 2022.

Am 21. Oktober 2022 um 9:25 Uhr startete die Forschungsrakete MAPHEUS-12 des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) von der schwedischen Raketenbasis ESRANGE nahe Kiruna. Sie erreichte eine Höhe von rund 260 Kilometern und segelte dann an einem Fallschirm zurück zur Erde. Mit an Bord erstmals Nervenzellen mit Blick auf deren abweichende elektrische Signale in Schwerelosigkeit. Zudem untersuchte das Forschungsteam im Zusammenhang mit der Entstehung von Krebs, wie sich die Polarität von Zellen unter „Zero-G“ verhält. Einen Testlauf unter Weltraumbedingungen gab es mit dem Flug für neuartige Solarzellen ebenso wie für eine Verschlüsselungstechnik, die zukünftig Daten von Lebenserhaltungssystemen und Raumfahrzeugen schützen soll. Erstmals kam eine wiederverwendbare Zündeinheit in der Oberstufe zum Einsatz.

„Mit MAPHEUS-12 haben wir ein äußerst vielseitiges Experimentpaket für rund sechs Minuten in die Schwerelosigkeit des nahen Weltraums befördert und anschließend sicher geborgen“, sagt der wissenschaftliche Projektleiter der Mission Prof. Thomas Voigtmann vom DLR-Institut für Materialphysik im Weltraum. „Wir sind froh die sensiblen Nervenzellen, Meeresorganismen und Materialexperimente in gutem Zustand nach idealem Flug zurück auf der Erde zu haben.“ Nach ihrem 15-minütigem Flug landete die Nutzlast sanft per Fallschirm rund 70 Kilometer vom Startplatz entfernt in der nordschwedischen Tundra. Anschließend flog ein Bergungsteam zur Landestelle und transportierte die Nutzlast am Hubschrauber hängend zurück zur Startbasis. Dort begann direkt die Sicherung der gesammelten Daten.

Upgrade an Forschungsrakete und Bodenstation
Die 11,5 Meter lange und mehr als 1,6 Tonnen schwere Rakete ist bereits die zwölfte, die im Rahmen der MAPHEUS-Experimentreihe erfolgreich von der Abteilung Mobile Raketenbasis (MORABA) der DLR Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining gestartet wurde. „Diesmal hatte die zweistufige Rakete erstmals ein neues Service-Modul an Bord, das eine zehnmal schnellere Kommunikation mit der Bodenstation und präzisere Lageinformationen mit komplett neu gestalteter Elektronik, Mechanik und Software bietet“, erklärt MORABA-Projektleiter Alexander Kallenbach. „Das neue Modul dient nun als Basis für die weitere Entwicklungen in Richtung intelligenter on-board Systeme, die im MAPHEUS-D Projekt geplant sind.“ Zudem kam bei MAPHEUS-12 erstmals eine wiederaufbereitete Zündeinheit bei der Oberstufe zum Einsatz, die bereits an Bord von MAPHEUS-9 geflogen war. Am Boden kam mit der Mission erstmals ein neuartiges Telemetrie-System zum Einsatz. Dieses ermöglicht die an verschiedenen Bodenstationen empfangenen Signale der Rakete direkt an die jeweiligen Steuerungskonsolen für Experimente und Supportsysteme zu verteilen. Diese neue Entwicklung basiert auf Komponenten des Holistic Control Centers (HCC), welches eine moderne, flexible und Service-orientierte Infrastruktur für alle künftigen Raumflugmissionen am Deutschen Raumfahrt-Kontrollzentrum (GSOC) bieten wird. „Wir sind begeistert, dass die Software jetzt erfolgreich Ihren ‚Jungfernflug‘ absolvieren konnte“, freut sich Prof. Felix Huber, Leiter der DLR Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining. „Dieser Erfolg gibt dem HCC-Konzept den nötigen Schub, nun bald auch bei orbitalen Missionen genutzt zu werden.“

Premiere: Neuronale Netzwerke in Schwerelosigkeit
Ihren „Jungfernflug“ erlebten auch die Nervenzellen an Bord von MAPHEUS-12. Diese konnten während des Kurzzeitraumfluges direkt auf elektrophysiologischer Ebene untersucht werden. Das neuronale Netzwerk des Experiments MEA (Multi-Elektroden-Array) besteht dabei aus kultivierten Primärneuronen, die sich über zwei Chips verteilen. Diese finden in einer vakuumdichten Kammer bei 37 Grad Celsius ideale Lebensbedingungen vor. „Während des Fluges konnten die Aktionspotentiale einzelner neuronaler Zellen sowie die Aktivität des gesamten Netzwerks aufgezeichnet werden“, berichtet Dr. Christian Liemersdorf vom DLR-Institut für Luft- und Raufahrtmedizin. Aktionspotentiale sind die elektrischen Signale, die zwischen Neuronen im Gehirn und dem zentralen Nervensystem ausgetauscht werden. Die Schwerelosigkeit steht im Verdacht, Einfluss auf die neuronalen Verbindungen im Gehirn zu nehmen. „Vermutlich ist dies ein wesentlicher Grund, warum Astronautinnen und Astronauten während ihres Aufenthalts im Weltall oftmals unter gewissen kognitiven Einschränkungen leiden“, ergänzt Liemersdorf. „Wir werten die gesammelten Daten nun detailliert aus, um diese möglichen Zusammenhänge genauer zu verstehen.“ Wegen der Empfindlichkeit der Neuronen war es bisher nicht möglich auf der Internationalen Raumstation ISS mit diesen zu experimentieren.

Zusammenhänge von Krebs, Zell-Polarität und Schwerelosigkeit
Der nur 0,5 Millimeter kleine Meeresorganismus Trichoplax adhaerens – das einfachste mehrzellige Lebewesen der Welt – kann zwischen oben und unten unterscheiden und damit Schwerkraft wahrnehmen. Rund 450 Exemplare dieser Kleinstlebewesen, die lediglich aus einem oberen und einem unteren Zell-Epithelium bestehen, flogen im Experiment GraviPlax mit MAPHEUS-12 ins All. Im Interesse des internationalen Forschungsteams steht, wie der Organismus genetisch auf die Schwerelosigkeit reagiert und wie sich daraus etwas über die Mechanismen der Krebsentwicklung lernen lässt. „Trichoplax adhaerens besitzt alle wichtigen Gengruppen, die mit dem Verlust der Polarität und damit der Ausbildung von Krebszellen in Zusammenhang gebracht werden können“, erklärt Dr. Jens Hauslage vom Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin. Damit lassen sich Erkenntnisse auch auf höhere Organismen übertragen. Die finalen Auswertungen der Proben werden in den nächsten Wochen im Labor in Hannover stattfinden. Nun wollen die Forschungspartner des DLR, der Tierärztlichen Hochschule Hannover (TiHo) und der australischen La Trobe Universität in Melbourne noch genauer verstehen welchen Einfluss die Gravitation auf die Ausbildung von Polarität und deren evolutiven Einfluss hat.

Ein Spion reist huckepack
Huckepack auf der GraviPlax-Platine reist der Versuchsaufbau des Experiments 007/Blofeld, bei dem gemeinsam mit dem Industriepartner adesso SE die Sicherheit verschlüsselter Sensor-Datenströme unter Weltraumbedingungen getestet wird. „In Raumfahrzeugen und Lebenserhaltungssystemen nimmt der Betrieb und die Überwachung von Umwelt- und Vitalparametern eine immer größere Rolle ein. Dabei ist nicht nur eine abhörsichere Verbindung zu den Sensoren, sondern auch die Validität der Daten besonders wichtig.“, erklärt Software Architekt Christian Kahlo. Für den Versuch greift ein implementierter „Spion“-Chip verschlüsselte Temperaturdaten ab. Dieses Experiment soll zeigen, das selbst abgehörte Daten für den Spion nicht zu verwenden sind und die Daten für den Empfänger valide bleiben.

Weitere Experimente
Darüber hinaus wird im Experiment RAMSES gemeinsam mit der Universität Konstanz in einem Analogsystem die gerichtete Bewegung von Bakterien untersucht, was zukünftig einmal hilfreich bei der gezielten Einbringung pharmazeutischer Wirkstoffe sein könnte. Im Projekt SVALIN analysiert ein Forschungsteam der TU München federführend wie die Umgebungsbedingungen im All neuartige auf MAPHEUS-12 montierte Solarzellen beeinflussen. Gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für neue Materialien wird im Experiment SOMEX/ARNIM-II die Agglomeration von Gold-Nanoteilchen in Schwerelosigkeit mit Blick auf zukünftige Anwendungen in der Mikroelektronik untersucht.

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• Höhenforschungsraketen

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 12. Juli 2022.

12. Juli 2022 – Nach der vorzeitigen Landung des ballongetragenen Sonnenobservatoriums Sunrise III am vergangen Sonntagmorgen, 10. Juli, haben Teammitglieder die Landestelle erreicht und die wissenschaftliche Nutzlast des Observatoriums weitestgehend unversehrt vorgefunden. Nach aktuellen Erkenntnissen musste der Flug wenige Stunden nach dem Start beendet werden, weil sich das mitgeführte Sonnenteleskop, das Herzstück von Sunrise III, nicht auf die Sonne ausrichten ließ. Die Ursache wird derzeit untersucht. Für einen Start des Observatoriums im nächsten Jahr oder später werden derzeit alle Optionen geprüft.

Bereits seit Anfang April dieses Jahres hatte das internationale Sunrise III-Team auf der Ballon- und Raketenbasis Esrange Space Center nahe der nordschwedischen Kleinstadt Kiruna unweit des Polarkreises das sechs Meter hohe Sonnenobservatorium auf seinen Stratosphärenflug vorbereitet. Sunrise III ist mit einem Teleskop, drei wissenschaftlichen Instrumenten und einem System zur Bildstabilisierung ausgerüstet und soll Messdaten aus einer mehr als 2000 Kilometer dicken Schicht der Sonne, die von knapp unter ihrer sichtbaren Oberfläche bis in die obere Chromosphäre reicht, aufnehmen. Wegen der aktuellen, weltweiten Logistikprobleme hatte sich der frühstmögliche Starttermin zunächst um einige Wochen in den Juni hinein verschoben. Danach verzögerte ungeeignetes Wetter den Missionsbeginn. Ein erster Startversuch am Samstag, 9. Juli, musste wegen drohenden Regens abgesagt werden.

Die zweite Startgelegenheit am frühen Morgen des 10. Juli konnte Sunrise III nutzen: Um 3.44 Uhr (MESZ) hob das Sonnenobservatorium ab. Bereits um 9.05 Uhr (MESZ) musste der Flug jedoch beendet werden. Das Teleskop ließ sich nicht auf die Sonne ausrichten, so dass das Aufnehmen von Messdaten unmöglich war.

Das Observatorium landete sicher auf unbewohntem, schwedischem Gebiet nicht weit der Grenze zu Norwegen. Die Mitglieder des Sunrise III-Teams, die die Landestelle in der Zwischenzeit erreicht haben, konnten keine gravierenden Schäden am Teleskop sowie an den wissenschaftlichen Instrumenten feststellen. Auch die Gondel hat die Landung gut überstanden. „Sunrise III ist offenbar wohlbehalten und aufrecht stehend niedergegangen“, berichtet Sunrise III-Projektleiter Prof. Dr. Sami K. Solanki, Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen.

In den nächsten Wochen soll das Observatorium zunächst zurück zur Ballon- und Raketenbasis Esrange Space Center gebracht werden. Von dort könnte es dann den Heimweg nach Göttingen antreten, wo genauere Untersuchungen erfolgen. Das Team wird dann prüfen, wie und unter welchen Bedingungen Sunrise III im nächsten Jahr oder später seinen Forschungsflug in der Stratosphäre erneut antreten kann.

Das ballongetragene Sonnenobservatorium Sunrise III ist eine Mission des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS, Deutschland) und des Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins Universität (APL, USA). Sunrise III blickt mit Hilfe eines 1-Meter-Teleskops, dreier wissenschaftlicher Instrumente und eines Systems zur Bildstabilisierung aus der Stratosphäre auf die Sonne. Maßgeblich Mitwirkende an der Mission sind ein spanisches Konsortium, das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ, Japan), und das Leibniz-Institut für Sonnenphysik (KIS, Deutschland). Das spanische Konsortium wird geleitet vom Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA, Spanien) und besteht zudem aus dem Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), der Universitat de València (UV), der Universidad Politécnica de Madrid (UPM) und dem Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Weitere Partner sind das Wallop’s Flight Facility Balloon Program Office (WFF-BPO) der NASA und die Swedish Space Corporation (SSC). Sunrise III wird unterstützt von der Max-Planck-Förderstiftung, der NASA im Rahmen des Grants #80NSSC18K0934, dem spanischen Grant FEDER/AEI/MCIU (RTI2018-096886-C5) und des „Center of Excellence Severo Ochoa“ Preises für IAA-CISC (SEV-2017-0709) sowie dem ISAS/JAXA Small Mission-of-Opportunity program und JSPS KAKENHI JP18H05234.

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• SUNRISE – Sonnenobservatorium am Ballon

Der Beitrag MPS: Sunrise III wohlbehalten aufgefunden erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 4. Juli 2022.

4. Juli 2022 – Die abenteuerliche Forschungsreise des ballongetragenen Sonnenobservatoriums Sunrise III könnte in den nächsten Tagen beginnen. Heute am frühen Morgen fand auf der Raketen- und Ballonbasis Esrange Space Center im nordschwedischen Kiruna der so genannte compatability test, eine Art Generalprobe, statt. Dafür hat das Sonnenobservatorium die große Halle, in der die Vorbereitungen der letzten Monate stattgefunden haben, verlassen, seine endgültige Flugkonfiguration erhalten und am Boden bewiesen, dass alle Systeme unter Flugbedingungen reibungslos funktionieren. Wenn das Wetter es zulässt, könnte Sunrise III nun in den nächsten Tagen abheben. Das Startfenster dafür ist allerdings denkbar klein. Bereits in wenigen Tagen könnten sich die Windbedingungen in der Stratosphäre derart verschlechtern, dass danach ein Start nicht mehr möglich ist.

In den vergangenen Wochen hatten zunächst die weltweiten Logistikprobleme der Mission zu schaffen gemacht; auf die Ankunft des Ballons und des Heliums in Kiruna musste das Team lange warten. Derzeit sind die Wetterbedingungen vor Ort wechselhaft, erlauben aber nach aktuellem Stand einzelne Startfenster in der zweiten Wochenhälfte. Das nächste davon ist für XL-Calibur, eine amerikanische Ballonmission, reserviert. Während der vergangenen Monate hatten sich beide Teams in derselben Halle des Esrange Space Centers auf ihren jeweiligen Flug vorbereitet. Die zweite Startmöglichkeit ist für Sunrise III vorgesehen. Sorgen bereiten dem Team allerdings die aktuellen Vorhersagen der Meteorologen vor Ort. Demnach könnten die stratosphärischen Winde, die Sunrise III sicher nach Kanada tragen sollen, bereits in wenigen Tagen abreißen.

Bei erfolgreichem Start wird Sunrise III während des anschließenden mehrtägigen Fluges am Heliumballon in 35 Kilometern Höhe einen einzigartigen Blick auf die Sonne haben und beispielsweise Prozesse in der Chromosphäre, der hochdynamischen Schicht zwischen der sichtbaren Oberfläche und der äußeren Atmosphäre der Sonne, genauer als je zuvor sichtbar machen.

Das ballongetragene Sonnenobservatorium Sunrise III ist eine Mission des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS, Deutschland) und des Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins Universität (APL, USA). Sunrise III blickt mit Hilfe eines 1-Meter-Teleskops, dreier wissenschaftlicher Instrumente und eines Systems zur Bildstabilisierung aus der Stratosphäre auf die Sonne. Maßgeblich Mitwirkende an der Mission sind ein spanisches Konsortium, das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ, Japan), und das Leibniz-Institut für Sonnenphysik (KIS, Deutschland). Das spanische Konsortium wird geleitet vom Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA, Spanien) und besteht zudem aus dem Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), der Universitat de València (UV), der Universidad Politécnica de Madrid (UPM) und dem Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Weitere Partner sind das Wallop’s Flight Facility Balloon Program Office (WFF-BPO) der NASA und die Swedish Space Corporation (SSC). Sunrise III wird unterstützt von der Max-Planck-Förderstiftung, der NASA im Rahmen des Grants #80NSSC18K0934, dem spanischen Grant FEDER/AEI/MCIU (RTI2018-096886-C5) und des „Center of Excellence Severo Ochoa“ Preises für IAA-CISC (SEV-2017-0709) sowie dem ISAS/JAXA Small Mission-of-Opportunity program und JSPS KAKENHI JP18H05234.

Sunrise III Factsheet in Deutsch
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• SUNRISE – Sonnenobservatorium am Ballon

Der Beitrag MPS: Sunrise III vor dem Start erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

5. Mai 2022 – Etwa einen Monat vor Beginn seines Forschungsflugs in der Stratosphäre hat das Sonnenobservatorium Sunrise III an seinem Startplatz am Polarkreis zum ersten Mal auf die Sonne geschaut. Im Juni wird es vom Esrange Space Center, der Ballon- und Raketenbasis der Schwedischen Weltraumagentur SSC im nordschwedischen Kiruna, auf eine Höhe von etwa 35 Kilometern steigen und während des mehrtägigen Fluges einzigartige Messdaten von der Sonne aufnehmen. Prozesse in der Chromosphäre, der hochdynamischen Schicht zwischen der sichtbaren Oberfläche und der äußeren Atmosphäre der Sonne, werden so genauer als je zuvor sichtbar. Die verbleibenden Wochen bis zum Start nutzen die technischen und wissenschaftlichen Teams aus Deutschland, Spanien, Japan und den USA, um alle Systeme und die wissenschaftlichen Instrumente auf ihren Einsatz vorzubereiten. Zudem werden die Abläufe und der Betrieb des Observatoriums während des Flugs geübt.

Seit Anfang April dieses Jahres ist Esrange Space Center im nordschwedischen Kiruna Schauplatz der letzten Vorbereitungen für den Flug von Sunrise III. In Einzelteile zerlegt ist die gesamte Hardware einschließlich Gondel, Sonnenteleskop und wissenschaftlicher Instrumente in Lastwagen vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen dorthin gereist. Das MPS leitet die Mission. Seitdem sind die eisigen Temperaturen von bis zu -15 Grad Celsius und das Schneetreiben, das bei der Ankunft herrschte, verträglicheren Bedingungen gewichen. Das so genannte „First Light“, der erste Blick auf die Sonne, fand bei Temperaturen um den Gefrierpunkt statt.

„Der Start vom Polarkreis ist mit einem beträchtlichen logistischen Aufwand verbunden“, blickt Sunrise III-Projektmanager Dr. Andreas Korpi-Lagg vom MPS auf die letzten Monate zurück. Doch für den wissenschaftlichen Erfolg der Mission ist der abgelegene Startplatz im hohen Norden von entscheidender Bedeutung. Da die Sonne jenseits des Polarkreises im Sommer nicht untergeht, kann Sunrise III während des Fluges rund um die Uhr Messdaten aufzeichnen. Am Erdboden finden Sonnenforscherinnen und -forscher die besten Sichtbedingungen etwa auf Hawaii, auf den Kanarischen Inseln oder im US-amerikanischen Südwesten. Doch selbst während der besten Beobachtungssaison, üblicherweise im Frühsommer, sind dort die Messungen typischerweise auf wenige Stunden am Tag begrenzt.

Ein weiterer Vorzug von Sunrise III ist die Beobachtungshöhe. Ein riesiger, mit Helium gefüllter Ballon hebt das etwa sechs Meter hohe Observatorium beim Start bis in die Stratosphäre. In etwa 35 Kilometern Höhe trägt der Wind Observatorium und Ballon nach Westen. In dieser Höhe, die beinahe schon den Übergang zum Weltall markiert, ist die Atmosphäre so dünn, dass Luftturbulenzen die Sicht nicht trüben. Zudem hat das ballonfahrende Forschungsobservatorium dort Zugang zur ultravioletten Strahlung der Sonne, deren Großteil die Erdatmosphäre absorbiert. „Bessere Beobachtungsbedingungen bieten nur Raumsonden im Weltall“, so Projektleiter Prof. Dr. Sami Solanki, Direktor am MPS.

Vom Kran getragen
Beim „First Light“ in Kiruna verblieb Sunrise III am Boden. Der Meilenstein bietet nicht in erster Linie aussagekräftige Messdaten von der Sonne, sondern die Möglichkeit, alle Systeme mit natürlichem Sonnenlicht zu testen und zu kalibrieren. Als der Kran in der großen Halle, die dem Sunrise III-Team am Esrange Space Center als Wirkungsfeld dient, das sechs Tonnen schwere Observatorium einige Zentimeter angehoben hat, kann es losgehen. Das Hallentor öffnet sich; zum ersten Mal richtet sich die Gondel selbsttätig zur Sonne aus – ganz so, wie es auch während des Forschungsfluges erfolgen soll. Sonnenstrahlen fallen in das Teleskop und erreichen von dort die wissenschaftlichen Instrumente und das Bildstabilisierungssystem. Vor ihren Computerbildschirmen tiefer in der Halle verfolgen die wissenschaftlich-technischen Teams, wie die Systeme auf das Sonnenlicht reagieren.

Sunrise III ist mit drei wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet. Gemeinsam liefern sie umfassende Messdaten aus der Region knapp unterhalb der sichtbaren Sonnenoberfläche bis in die obere Chromosphäre, etwa 2000 Kilometer darüber. Dafür fangen sie das infrarote, sichtbare und ultraviolette Licht aus dieser Region ein und können so dynamische Prozesse und Magnetfelder sichtbar machen. Zudem enthält Sunrise III ein ausgeklügeltes System zur Bildstabilisierung. Es sorgt dafür, dass das Observatorium auch am schwankenden Ballon hochpräzise Daten aufzeichnet. Wollte ein Sportschütze ähnlich „wackelfrei“ schießen, müsste er sein Sportgerät so ruhig halten, dass der Schuss auf sieben Kilometern Entfernung um maximal die Dicke eines Haares abgelenkt wird.

Zwischenschicht mit gewaltigem Temperatursprung
Die Chromosphäre der Sonne liegt zwischen ihrer sichtbaren Oberfläche und ihrer äußeren Atmosphäre, der Korona. In dieser Verbindungsschicht vollzieht sich ein gewaltiger Temperatursprung: von den vergleichsweise mäßigen 6000 Grad Celsius an der Oberfläche bis zu 20.000 Grad Celsius. In den darüber gelegenen Schichten steigen die Temperaturen dann sogar auf ein Million Grad Celsius an. „Selbst nach Jahrzehnten moderner Sonnenforschung ist die Chromosphäre noch immer rätselhaft“, so Solanki. „Dort spielt sich eine Vielzahl von Prozessen ab, die die Korona mit Energie versorgen und die wir noch nicht im Einzelnen verstehen“, fügt er hinzu. Im Zusammenspiel erzeugen diese Prozesse nicht nur die unfassbar hohen Temperaturen der Korona, sondern ermöglichen auch die heftigen Eruptionen, in denen die Sonne immer wieder Teilchen und Strahlung ins All schleudert. Die Messdaten von Sunrise III werden die bisher beste Höhenauflösung aus der Chromosphäre liefern: Präziser als je zuvor wird es möglich sein, einzelne Vorgänge einer genauen Höhe über der Oberfläche zuzuordnen. „Mit Sunrise III können wir die Vorgänge in der Chromosphäre besser als je zuvor verfolgen“, so Sunrise III-Projektwissenschaftler Dr. Achim Gandorfer.

Bis der abenteuerliche Flug von Sunrise III beginnt und das Observatorium erste Messdaten sammelt, werden noch einige Wochen vergehen. In dieser Zeit werden alle Systeme in Betrieb genommen und die Abläufe während des Flugs geübt. „Der Flug dauert nur einige Tage. Da muss von Anfang an alles reibungslos funktionieren“, so Korpi-Lagg. Je nach Windgeschwindigkeit erreicht Sunrise III den unbewohnten Nordosten Kanadas nach etwa fünf bis sieben Tagen. Dort landet das Observatorium am Fallschirm.

Den genauen Starttermin bestimmt das Wetter. Bei Niederschlag kann Sunrise III nicht starten; zudem ist Windstille erforderlich. „Unsere Vorbereitungen laufen nach Plan. Anfang Juni sind wir startklar“, so Korpi-Lagg. Die letzte Phase des Abenteuers hat begonnen.

Das ballongetragene Sonnenobservatorium Sunrise III ist eine Mission des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS, Deutschland) und des Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins Universität (APL, USA). Sunrise III blickt mit Hilfe eines 1-Meter-Teleskops, dreier wissenschaftlicher Instrumente und eines Systems zur Bildstabilisierung aus der Stratosphäre auf die Sonne. Maßgeblich Mitwirkende an der Mission sind ein spanisches Konsortium, das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ, Japan), und das Leibniz-Institut für Sonnenphysik (KIS, Deutschland). Das spanische Konsortium wird geleitet vom Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA, Spanien) und besteht zudem aus dem Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), der Universitat de València (UV), der Universidad Politécnica de Madrid (UPM) und dem Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Weitere Partner sind das Wallop’s Flight Facility Balloon Program Office (WFF-BPO) der NASA und die Swedish Space Corporation (SSC). Sunrise III wird unterstützt von der Max-Planck-Förderstiftung, der NASA im Rahmen des Grants #80NSSC18K0934, dem spanischen Grant FEDER/AEI/MCIU (RTI2018-096886-C5) und des „Center of Excellence Severo Ochoa“ Preises für IAA-CISC (SEV-2017-0709) sowie dem ISAS/JAXA Small Mission-of-Opportunity program und JSPS KAKENHI JP18H05234.

Sunrise III-Factsheet
pdf: https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2021/01/SunriseIIIFactsheetDE.pdf

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• SUNRISE – Sonnenobservatorium am Ballon

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Quelle: DLR.

31. Januar 2022 – Normalerweise mögen es Plattentiere schon etwas wärmer. Für die Wissenschaft hat es das einfachste mehrzellige Tier der Welt nach Nordschweden verschlagen – und von dort aus für kurze Zeit in die Schwerelosigkeit. An Bord der Höhenforschungsrakete MAPHEUS-9 des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) hoben die Meeresorganismen am 29. Januar 2022 erfolgreich vom Raketenstartplatz ESRANGE (European Space and Sounding Rocket Range) ab. Auch drei weitere Experimente aus dem Bereich der Physik, Werkstoffforschung und Fertigungstechnologie konnten sich über sechs Minuten und zehn Sekunden in Schwerelosigkeit freuen.

Die 11,7 Meter lange Rakete mit einem Startgewicht von 1,7 Tonnen erreichte in den knapp 15 Minuten zwischen Start und Landung eine maximale Höhe von 254 Kilometern. Die Nutzlast mit den wissenschaftlichen Experimenten flog nach dem Abtrennen der Booster eine Höhenparabel. Sie landete gebremst durch einen Fallschirm und wurde per Helikopter geborgen. Die Abteilung Mobile Raketenbasis (MORABA) des DLR hat die Flugkampagne vorbereitet und durchgeführt. Außerdem stellt sie Bergungssystem, Service-Modul, Kaltgaskontrollsystem, Trenn- und Zündsysteme, Telemetrie-Station, Startrampe und die Raketenhardware bereit.

GraviPlax: Wie formte die Gravitation das Aussehen von Zellen und Organismen?
Trotz ihres einfachen Aufbaus können Plattentiere – Trichoplax adherens – zwischen oben und unten unterscheiden, also Schwerkraft wahrnehmen. Rund 450 Exemplare dieser nur 0,5 Millimeter großen Meeresorganismen waren an Bord der MAPHEUS-9-Mission. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler interessierten sich vor allem dafür, wie sich die Schwerelosigkeit auf die Plattentiere auswirkt. „Wir schauen uns die genetischen Reaktionen der Organismen in Schwerelosigkeit an. Besonderes Augenmerk richten wir auf die Gengruppen, die für die Polarität, also den Aufbau unserer Zellen im Körper, verantwortlich sind. Die Polarität geht bei der Entstehung von Krebs verloren“, fasst Gravitationsbiologe Dr. Jens Hauslage vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin zusammen. Im Projekt GraviPlax (Gravitation/Trichoplax) arbeitet das DLR mit Teams der Tierärztlichen Hochschule Hannover (TiHo) und der australischen La Trobe Universität in Melbourne eng zusammen. Diese führen die molekularbiologischen Analysen durch, um die Auswirkungen auf die Zellen genau nachzuvollziehen. Die winzigen Organismen haben alle wichtigen Gengruppen, die notwendig sind, um diese grundlegenden Mechanismen zu untersuchen und besser zu verstehen.

GRASCHA: Wie erhalten Granulate ihre Eigenschaften?
Granulate sind körnige Feststoffe wie beispielsweise Pulver, Erdboden oder Kies. Ihre physikalischen Eigenschaften lassen sich nicht so einfach verstehen. Denn sie hängen entscheidend davon ab, wie eng ein Granulat aufgeschüttet oder in der Fachsprache „gepackt“ ist und wie verdichtet beziehungsweise komprimiert es ist. Im Experiment GRASCHA (GRAnular Sound CHAracterization oder GRAnulat SCHAll) dienen kugelförmige Teilchen aus Glas mit Durchmessern von drei bis vier Millimetern als Granulat. Mit ihrer Hilfe will das wissenschaftliche Team bestehende und neue Theorien testen, die den Verlust der mechanischen Stabilität von Granulat-Packungen erklären. „Wir haben die Chance, grundsätzlich zu verstehen, wie Granulate ihre Eigenschaften erhalten“, erklärt DLR-Forscher Dr. Karsten Tell vom Institut für Materialphysik im Weltraum. „Wichtig ist das unter anderem im Bereich der Geophysik. Wenn man zum Beispiel verstehen will, warum der Erdboden manchmal plötzlich anfängt zu rutschen. Er besteht aus lauter festen Teilchen. Geringe Änderungen in deren Anordnung können dazu führen, dass sich der Erdboden nicht mehr fest verhält, sondern eher wie eine Flüssigkeit.“ Neben Erdrutschen ließen sich mit diesem Wissen auch Lawinen besser erklären. Die Erkenntnisse können zudem für die chemische und pharmazeutische Industrie interessant sein. Denn dort finden oft pulverförmigen Stoffe Verwendung, die man verfahrenstechnisch möglichst gut verarbeiten, fördern und vermischen will. Gleiches gilt für Sand und Zement in der Bauindustrie. Die Phase der Schwerelosigkeit während des MAPHEUS-9-Flugs erlaubte es, die Teilchen des Granulats so locker anzuordnen, dass sie gerade noch Kontakt miteinander hatten. Auf der Erde lässt sich dieser Zustand aufgrund der Schwerkraft und des hydrostatischen Drucks nicht herstellen. Bei der kleinsten Vibration verliert die Granulat-Packung in der Schwerelosigkeit ihre Stabilität – in der Fachsprache als Schermodul bezeichnet. Genau dieser Vorgang interessiert die Forschenden am meisten. Um ihn zu untersuchen, messen sie die Geschwindigkeit von Schall- und Scherwellen. Daraus geht hervor, wie schnell der Schermodul absinkt, wenn der Packungsdruck verringert wird.

MARS: 3D-Druck mit Pulvern in Schwerelosigkeit
Zum dritten Mal machte sich das MARS-Experiment (Metallbasierte Additive Fertigung für Raumfahrt- und Schwerelosigkeitsanwendungen) auf die kurze Reise ins All. Im Fokus standen weitere Arbeiten, um 3D-Druck vor allem mit pulverförmigen Substanzen unter Schwerelosigkeit zu erforschen. Ein erstes Werkstück aus metallischem Massivglas hatte das DLR-Team vom Institut für Materialphysik im Weltraum bereits bei den vorangegangenen Flügen hergestellt. Nun galt es, den Prozess weiter zu optimieren: „Die Herausforderung besteht vor allem darin, das Pulver in kurzer Zeit unter Schwerelosigkeit oder bei wenig Gravitation gleichmäßig auf die Oberfläche aufzutragen“, beschreibt DLR-Forscherin Mélanie Clozel. „Mit jedem Flug unseres Experiments in die Schwerelosigkeit haben wir die Möglichkeit, unsere Ansätze weiterzuentwickeln, zu testen und so unser Know-how zu vergrößern.“ Metallisches Massivglas zeichnet sich durch seine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus. Beides sind wichtige Eigenschaften für den Einsatz im Weltraum. In Zukunft könnten mit 3D-Druck Komponenten auch direkt im All gefertigt werden, zum Beispiel auf Raumstationen. Auf der Oberfläche von Mond oder Mars könnte auch Regolith – pulverförmigem Gesteinsstaub – verwendet werden, um beispielsweise Bauteile herzustellen.

SOMEX: Weiche Materie unter der Laser-Lupe
Die Experiment-Plattform SOMEX (SOft Matter EXperiments) ermöglicht unterschiedliche Versuche mit weicher Materie in der Schwerelosigkeit. Auch sie war bei der Flugkampagne MAPHEUS-9 erneut mit dabei. Unter weicher Materie versteht man eine Vielzahl von Materialien, die aus zwei Phasen bestehen. Sie befinden sich zwischen den Aggregatzuständen fest und flüssig. Dazu zählen zum Beispiel Gele und zähflüssige Flüssigkeiten wie Seife oder Farbe, Granulate, Schäume und auch biologische Zellen. Mit Hilfe von Lasermessverfahren sind die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dieses Mal zwei physikalischen Phänomenen auf die Spur gegangen: Mit Hilfe von künstlichen Mikroschwimmern wollen die Forschenden Bewegungseffekte besser verstehen, wie man sie von lebenden Organismen kennt. Dazu zählt beispielsweise die Schwarmbildung von Bakterien. Sie nutzten dazu winzig kleine Glaskügelchen, die in einem Lösungsmittel schwammen. Diese waren mit einer Beschichtung versehen, die Licht sehr stark absorbiert. Bestrahlt man die Glaskügelchen mit einem Laser, nehmen sie das Licht beziehungsweise die Wärmeenergie auf und bewegen sich. Außerdem untersuchten sie – ergänzend zum Experiment GRASCHA – ebenfalls Granulate: Im Mittelpunkt stand auch hier die Frage, wie sich die einzelnen Partikel des Granulats bewegen. So lassen sich auf experimentellem Weg neue Erkenntnisse über die Struktur und Dynamik solcher Systeme gewinnen und mit theoretischen Modellen vergleichen.

Über MAPHEUS:
Das MAPHEUS-Höhenforschungsprogramm (MAterialPHysikalische Experimente Unter Schwerelosigkeit) des DLR-Instituts für Materialphysik im Weltraum wird bereits seit 13 Jahren durchgeführt. Es ermöglicht Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern innerhalb und außerhalb des DLR einen unabhängigen und regelmäßigen Zugang zu Experimenten in Schwerelosigkeit. Dabei gehen Fortschritte im Bereich der Messtechnik und die Realisierung hochentwickelter Flughardware Hand in Hand mit richtungsweisenden Experimenten im Bereich der Material- und Lebenswissenschaften. Aufgrund der Corona-Pandemie mussten die geplanten Flüge umgestellt werden: Die Kampagne 11 fand im Mai 2021 statt, gefolgt von der Kampagne 10 im Dezember 2021. Angetrieben wurde die Höhenforschungsrakete zum dritten Mal von einer IM-IM-Konfiguration. IM steht für Improved Malemute und bezeichnet den zivil genutzten Feststoffmotor der militärischen Boden-Luft-Rakete PATRIOT PAC-2.

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• Hoehenforschungsraketen

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