Quelle: FH Aachen.

14. Februar 2022 – Dr. Matthias Maurer umkreist seit November 2021 in der internationalen Raumstation (engl. International Space Station [ISS]) auf der „Cosmic Kiss“-Mission die Erde. Die Veranstaltung in Aachen wurde gemeinsam von der Einrichtung FHASOF (FH Aachen Space Operations Facility) des Fachbereichs Luft- und Raumfahrttechnik der FH Aachen und dem Verein „Yuri’s Night Deutschland e.V.“ innerhalb eines Projektes des internationalen Vereins ARISS (Amateur Radio on the International Space Station) organisiert.

Um 12.40 Uhr nahm die Bodenstation der FH Aachen Kontakt zu Dr. Matthias Maurer auf. Insgesamt elf Minuten hatten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer Zeit, ihre Fragen an den Astronauten zu stellen, bevor die Raumstation aufgrund ihrer Schnelligkeit wieder den Empfangsbereich verließ. Die Fragen waren zuvor bei einem Fragenwettbewerb erhoben worden, womit sich die Fragestellerin oder der Fragesteller einen Platz für ein Gespräch mit Matthias Maurer sichern konnte: „Wie fühlten Sie sich, als Sie das erste Mal auf der ISS geschlafen haben?“, „Ist das Essen auf der ISS genauso lecker wie auf der Erde?“, „Welche drei Dinge vermissen Sie auf der ISS am meisten?“. Mit großer Spannung erwarteten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer die Antworten Dr. Maurers. Der erste Schlaf auf der ISS sei super gewesen, man schlafe schwerelos besser als im eigenen Bett, erklärt Maurer. Das Essen sei auf der Erde jedoch viel besser, denn „Pizza, Eis und Kuchen gibt es auf der ISS nicht“, so der Astronaut. Und am meisten vermisse er seine Familie, frisches Essen und „eine ordentliche Dusche“. Am Ende der Übertragung brach der ganze Saal in Jubel aus. Und die knapp 1.300 Zuschauerinnen und Zuschauer, die das Ganze live vor ihren Monitoren im FH Aachen-Livestream verfolgten, waren ebenfalls begeistert.

Bevor die Leitung zur 27.566 Kilometer pro Stunde schnell fliegenden Raumstation aufgenommen wurde, sprach Prof. Dr. Bernd Pietschmann, Rektor der FH Aachen die ersten Grußworte. Volker Schmid, ISS-Fachgruppenleiter, Missionsleiter von „Cosmic Kiss“ beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Bonn und FH Aachen-Absolvent verschaffte dem Publikum einen guten Überblick über die Mission „Cosmic Kiss“. Zusätzlich gab es eine Einführung in die Funktionsweise der Bodenstation sowie eine Führung über die Bodenstation der FH Aachen von Sacha J. Tholl, dem Bodenstationsmanager der FH Aachen. Nach dem Call erlebten die Anwesenden eine Panel-Diskussion zum Thema „Aufbruch astronautische Raumfahrt: ISS & wie weiter?“ mit Fachexpertinnen und Fachexperten der Raumfahrt. Expertinnen und Experten, wie Prof. Dr. Bernd Dachwald, Professor für Raumfahrttechnik an der FH Aachen, Dr. Jürgen Schlutz, Projektleiter der ESA (Europäische Astronautenzentrum) aus Köln, Maria Grulich, Flight Controller von „BIOLAB“ von der Deutschen Luft-und Raumfahrt sowie Volker Schmid, diskutieren hier über die Zukunft der Raumfahrt.

Prof. Dachwald zeigte sich begeistert von der Veranstaltung: „Ich bin stolz darauf, dass wir mit unserer FH-eigenen Bodenstation direkt mit Herrn Maurer auf der ISS sprechen konnten. Dies zeigt einmal mehr, dass wir an der FH Aachen nicht nur Raumfahrt lehren, sondern auch Raumfahrt machen. Den anwesenden Schülerinnen, Schülern und Studierenden wird dieses einmalige Ereignis sicherlich lange in Erinnerung bleiben, und vielleicht sitzt ja einer von ihnen in ein paar Jahren am anderen Ende der Leitung.“

Prof. Dr. Markus Czupalla, Lehrbeauftragter für Raumfahrzeugbau, ergänzt: „Es freut mich wirklich sehr zu sehen, welche Begeisterung die bemannte Raumfahrt ausübt. Ich finde es toll, dass wir mit solchen Aktionen diese Begeisterung befeuern können und so die zukünftige Generation der Forscherinnen und Forscher motivieren.

Wir wünschen Dr. Matthias Maurer und seiner Crew weiterhin guten Flug, over!

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• Matthias Maurer auf ISS Expedition 66/67

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Quelle: FH Aachen.

19. Januar 2022 – Beispielsweise werden Weltraumteleskope, wie „Hubble“ im Jahr 1990, mit einer Rakete in den Kosmos geschickt, um noch weiter entfernte Galaxien zu entdecken und so mehr über das frühe Universum zu lernen. Hubble sucht seitdem in der Dunkelheit des Universums nach Lichtquellen, vorrangig im sichtbaren und UV- Strahlungsbereich, aber auch im nahen Infrarotbereich. Es lieferte dadurch in den letzten dreißig Jahren Millionen Fotos von Planeten in unserem Sonnensystem, Sternen, Galaxien sowie noch exotischeren Objekten. Bis zu 13 Milliarden Lichtjahre tief kann Hubble dabei in den Weltraum schauen und bietet einzigartige Einblicke in die Vergangenheit des Kosmos.

Jetzt wird Hubble von seinem Nachfolger, dem James-Webb-Weltraumteleskop, abgelöst. Das neue Teleskop ist im Gegensatz zu Hubble auf Infrarotstrahlung spezialisiert und kann damit noch weiter entfernte Objekte erkennen, weil das Licht dieser Objekte aufgrund ihrer großen Entfernung und der Ausdehnung des Universums nur noch als infrarote Wärmestrahlung bei uns ankommt.

Kooperation der RWTH und FH Aachen
An den Aachener Hochschulen RWTH und FH Aachen werden Pläne für ein noch größeres Weltraum-Forschungsinstrument entwickelt: Im Gegensatz zu Hubble oder James-Webb geht es bei diesem Modell aber nicht um die Suche nach Licht, sondern um die Untersuchung von kosmischen Teilchen. Unter der Projektleitung von Prof. Dr. Stefan Schael der RWTH Aachen arbeiten unter anderem zwei Forscher der FH Aachen, Prof. Dr. Markus Czupalla und Prof. Dr. Bernd Dachwald, an einem neuen Modell eines Alpha-Magnet-Spektrometers.

Blick in die Vergangenheit
Teleskope wie Hubble oder das James-Webb suchen im Weltraum nach der Lichtstrahlung von Planeten, Sternen und Galaxien. Deren Licht benötigt die Zeit ihrer Entfernung in Lichtjahren, bis es von Teleskopen in unserem Sonnensystem wahrgenommen werden kann, also bis zu 13 Milliarden Jahre. Daher bieten diese Forschungsinstrumente einen Blick in die Vergangenheit, und je größer die Auflösung und der Spektralbereich der jeweiligen Teleskope ist, desto tiefer können sie in unser Universum blicken. Das James-Webb-Teleskop ist dabei das bisher ambitionierteste astronomische Projekt der Raumfahrt. Der Hauptspiegel des Forschungsinstruments hat einen Durchmesser von 6,5 Metern und eine Fläche von knapp 25 Quadratmetern. Der Spiegel bietet durch seine einzigartige Größe eine bisher noch nie da gewesene Qualität der Bilder und gleichzeitig eine hohe Sensitivität für Infrarotlicht. Mit dieser Ausstattung ist das James-Webb-Teleskop das größte aller Zeiten. Knapp drei Jahrzehnte lang haben die Forscherinnen und Forscher das Teleskop entwickelt und es allen erdenklichen Tests unterzogen.

Das James-Webb-Teleskop – nicht nur die Größe ist einzigartig
Prof. Dr. Markus Czupalla vom Fachbereich Luft- und Raumfahrttechnik der FH Aachen kennt die Herausforderungen bei der Entwicklung solcher Weltraumteleskope: „Ein großes Risiko für eine solche Mission ist der Raketenstart und die Inbetriebnahme im Orbit. Selbst wenn der Start erfolgreich ist, sind die beweglichen Komponenten beim James-Webb-Teleskop eine Herausforderung.“ Insgesamt 178 Auslösemechanismen mussten im Weltraum funktionieren, damit das James-Webb-Teleskop seine Arbeit aufnehmen kann, denn die Ingenieurinnen und Ingenieure mussten das Teleskop faltbar konstruieren, weil es durch die ungewöhnliche Größe in keine Rakete passt.

„Alles, was sich bewegt, birgt ein Risiko“, erklärt Prof. Czupalla, „anders als beim Hubble kann niemand dem Teleskop helfen, wenn die Technik versagt“. Hubble war in einem Orbit, der für die Astronauten mit dem Space Shuttle gerade noch erreichbar war, und konnte somit gewartet werden. Das James-Webb-Teleskop dagegen ist viel weiter entfernt von der Erde platziert, um von der thermischen Strahlung der Erde und dem reflektierten Sonnenlicht möglichst geschützt zu sein. Dieser Punkt liegt auf der Verbindungslinie von Erde und Sonne und befindet sich 1,5 Millionen Kilometer entfernt von unserem Planeten, auf der sonnenabgewandten Seite – dem sogenannten Lagrange-Punkt L2. Auch das unter der Leitung von Prof. Schael geplante Alpha-Magnet-Spektrometer soll wie das James-Webb-Teleskop in einen Orbit am Punkt-L2 platziert werden. Der Analyse der komplexen Orbits um den Punkt-L2 für das Forschungsprojekt widmet sich Prof. Dr. Bernd Dachwald in seiner raumflugdynamischen Forschung der FH Aachen.

Vorbild für FH-Forschung
Während das James-Webb-Teleskop die Infrarotstrahlung im Kosmos misst, sind Magnet-Spektrometer Teilchendetektoren. Das bedeutet: Sie untersuchen die Zusammensetzung von kosmischer Strahlung, wie sie in kosmologischen Modellen vorkommt und unter anderem als Relikt aus den Anfängen des Universums erwartet wird. Das neue Alpha-Magnet-Spektrometer „AMS-100“ soll der Nachfolger von AMS-02 werden, das derzeit auf der Internationalen Raumstation betrieben wird. AMS-100 wird in Kooperation der RWTH Aachen mit der FH Aachen sowie weiteren Partnern entwickelt.

Die Aufgabe von AMS-100
Kurz nach dem Urknall bestand das Universum nur aus Energie, die sich nach Einsteins berühmter Formel E = mc² in Materie umwandelte. Energie hat aber keine Ladung, daher wurde in diesen Prozessen genau so viel Materie wie Anti- Materie produziert. Das uns umgebende Universum besteht aber nur aus Materie. Was ist also mit der Anti-Materie nach dem Urknall passiert? Sind eventuell noch leichte Anti-Materie-Kerne, wie Anti-Helium in der kosmischen Strahlung vorhanden? Diese Fragen möchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit dem Forschungsprojekt AMS-100 beantworten.

Bis jetzt wurde Antimaterie nur in Experimenten in Teilchenbeschleunigern, wie CERN, erzeugt. Prof. Schael und sein Team möchten jedoch einen Nachweis für Anti-Helium in der Natur – in unserem Kosmos – aufspüren. Momentan ist kein Spektrometer empfindlich genug, um den Nachweis zu erbringen. AMS-100 soll das nun ändern. Sollte das Teleskop einen Nachweis für Anti-Helium finden, würde es den Blick der Wissenschaft auf unser Universum verändern und maßgeblich zum Verständnis des Anfangs von unserem Universum beitragen.

Theorie und Praxis – ein Zusammenspiel
Prof. Czupalla befasst sich derzeit mit einer Möglichkeit zur raumfahrttechnischen Umsetzung des Forschungsprojekts: „Wir arbeiten an ähnlichen Problemen wie die Ingenieurinnen und Ingenieure vom James-Webb- Teleskop. Die Forschung zu James-Webb bietet daher für uns eine wissenschaftliche und technische Grundlage.“

Einer der vielen Herausforderungen für Prof. Czupalla liegt darin, den supraleitenden Magneten im Inneren von AMS-100 auf unter -220° C zu kühlen. Auch die Temperatur der Teilchendetektoren im inneren des Magneten ist entscheidend für eine erfolgreiche Forschungsmission. Diese muss konstant – 100° C betragen, um nicht zu viel Wärme an den supraleitenden Magneten abzugeben.

„Aus diesem Grund müssen wir, ähnlich wie bei James-Webb, einen Sonnenschild vor den Detektor von AMS-100 bauen. Außerdem benötigen wir einen großen entfaltbaren Radiator, der dafür sorgt, dass die überflüssige Wärme des Instruments in den Weltraum abgegeben wird. Denn anders als man vielleicht denken mag, ist es nicht so einfach, ein Gerät im All kontinuierlich so kalt zu halten“, erklärt Prof. Czupalla.

Theoretische Vorarbeit für langfristigen Erfolg
Bisher arbeiten Prof. Czupalla und Prof. Dachwald nur mit ihren Studierenden an dem Forschungsprojekt AMS-100: „Alle derzeit notwenigen Berechnungen und theoretischen Vorarbeiten finden in Zusammenarbeit mit Studierenden statt, um die prinzipielle technologische Machbarkeit zu demonstrieren und dann unser Projekt den Raumfahrtbehörden vorstellen zu können. Wenn wir eine Projektförderung erhalten, können wir ein Forschungsteam aufbauen“, so Prof. Czupalla. Die FH-Forscher sind dabei optimistisch, denn die Berechnungen zeigen, dass die Umsetzung des Weltraumteleskops AMS-100 wohl möglich ist, auch wenn viele einzigartige Lösungsansätze erforderlich sein werden. „Aber es ist genau diese Art von Herausforderungen, die mich an der Raumfahrt begeistern“, sagt Prof. Czupalla.

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• Alpha-Magnet-Spektrometer AMS-02

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Quelle: FH Aachen.

Der Vortrag findet digital statt. Anmeldungen sind über Campus oder bei Frau Dr. Antonia Csiba unter csiba(at)fh-aachen.de möglich.

Der Vortrag

Die schlechte Nachricht zuerst: Die bisherigen Messungen der Masse des im Jahr 2012 entdeckten Higgs-Teilchens deuten mit hoher Wahrscheinlichkeit darauf hin, dass sich das Vakuum unseres Universums in einem „metastabilen“ Zustand befindet. Das heißt im Klartext: Sollte sich das Universum dazu „entscheiden“, von diesem halbstabilen Zustand in den stabilen Zustand des wahren Vakuums zu wechseln, ändern sich die derzeit gültigen physikalischen und chemischen Gesetze schlagartig. Die Kräfte, die die Materie von Sternen, Planeten und letztendlich uns Menschen zusammenhalten, verlieren ihre Wirkung. Kurzum: Das Universum, so wie wir es kennen, wird vernichtet. Die gute Nachricht: Unser Universum verharrt jetzt immerhin schon fast 14 Milliarden Jahre lang im falschen Vakuum – und das, obwohl die extremen Zustände, die kurz nach dem Urknall vorherrschten, ein Umkippen dieses Vakuums stark begünstigt haben. Dass das Vakuum trotzdem „durchhielt“, lässt Rückschlüsse auf die Vorgänge kurz nach dem Urknall zu.

Studium Generale

Auf Anregung der Studierenden richtete der Career Service im WiSe 2008/2009 das Studium Generale an der FH Aachen ein. Ziel der allgemeinverständlich aufbereiteten wissenschaftlichen Vorträge sollte es sein, den Blick über den Tellerrand des eigenen Fachgebietes zu weiten, die Kommunikation zwischen den Fachbereichen zu intensivieren und die interdisziplinäre Zusammenarbeit zu fördern. Viele Professoren/innen, aber auch Vortragende von anderen Institutionen (IHK, AGIT, Verein Ingenieure ohne Grenzen und Patentanwälte) haben seither mit großem Engagement informative Vorträge im Rahmen dieser Reihe angeboten.

Mehr Informationen und alle aktuellen Vorträge finden Sie hier.

Der Beitrag Das falsche Vakuum – Vermessungen am Higgs-Teilchen weisen auf eine Instabilität des Raumes hin erschien zuerst auf Raumfahrer.net.