Quelle: Ferdinand-Braun-Institut gGmbH 2. Juni 2022.

2. Juni 2022 – Vom 22. bis 24. Juni 2022 präsentiert das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) auf der Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung (ILA) in Berlin weltraumtaugliche Diodenlaser-Module mit schmaler Linienbreite, optische Frequenzreferenzen sowie weitere III/V-Komponenten für Satelliten- und Quantentechnologie-Anwendungen. Das Institut deckt dabei die komplette Wertschöpfungskette ab – vom Chipdesign über die Prozessierung bis hin zu Modulen und Systemen. Seine Entwicklungen stellt das FBH am Gemeinschaftsstand der Berlin-Brandenburg Aerospace Allianz, in Halle 1, Stand 240 aus.

Lasersysteme für quantenoptische Präzisionsexperimente
Das FBH entwickelt und fertigt seit vielen Jahren robuste und kompakte Diodenlasermodule für anspruchsvolle Weltraumanwendungen. Diese Module haben ihre Leistungsfähigkeit bereits mehrfach in Experimenten unter Schwerelosigkeit bewiesen. Am Stand zeigt das Institut eines der 55 ultra-schmalbandigen Lasermodule, die es für die BECCAL-Apparatur (Bose-Einstein Condensate – Cold Atom Laboratory) entwickelt hat und aktuell fertigt. Sie sollen ab 2024 in der Forschungsanlage für quantenoptische Experimente mit ultra-kalten Atomen an Bord der internationalen Raumstation ISS eingesetzt werden. Fundamentalphysikalische Fragestellungen mit Quantenobjekten sollen damit nahe dem absoluten Temperaturnullpunkt (-273,15 °C) hochgenau untersucht werden.

Kernstücke dieser und bisheriger Diodenlasermodule sind am FBH entwickelte Laserdioden, die gemeinsam mit Optiken und weiteren passiven Elementen mit höchster Stabilität und Präzision aufgebaut werden. Die mikrointegrierten Lasermodule basieren auf der institutseigenen, patentierten MiLas®-Technologie die speziell für den Einsatz im Weltraum entwickelt wurde. Sie sind extrem robust, zeichnen sich durch geringe Abmessungen von nur 125 x 75 x 23 mm³ und eine geringe Masse (750 g) aus. Dabei erreichen sie exzellente Ausgangsleistungen von > 500 mW bei zugleich schmaler intrinsischer Linienbreite < 1 kHz. Parallel arbeitet das FBH schon an einer noch kompakteren Variante und überträgt das bewährte Konzept der hybrid-aufgebauten Extended Cavity Diode Laser (ECDL) derzeit auf einen einzigen Chip.

In enger Zusammenarbeit mit der Humboldt-Universität zu Berlin werden derartige Module auch zu kompakten Quantensensoren und optischen Uhren für den Einsatz im Weltraum und für industrietaugliche Systemlösungen in der Quantentechnologie aufgebaut. Das gemeinsame Joint Lab präsentiert eine völlig autonome frequenzstabilisierte Laserquelle mit integrierter DFB-Laserdiode, die auf dem D2-Übergang in Rubidium bei 780 nm basiert.

Lasermodule für Satelliten: von Kommunikation bis Klimaschutz
Zu den Entwicklungen zählen auch Pumplaserquellen, die in Laserkommunikationsterminals zur optischen Datenübertragung (EDRS) oder zur Satellitenüberwachung des klimaschädlichen Methangases (MERLIN) genutzt werden. Jedes FBH-Modul für MERLIN ist mit zwei Hochleistungslaser-Halbbarren ausgestattet, die 130 W gepulste Emission bei 808 nm Wellenlänge liefern. Ihre Zuverlässigkeit über die gesamte Missionsdauer wurde in unabhängigen Tests bestätigt.

Neu entwickelte DBR-Laserarray-Module bieten dank eines integrierten Bragg-Reflektors auf Chipebene sowohl ein geringes Rauschen als auch eine hohe Zuverlässigkeit. Qualifiziert wurden die Module im Dauerbetrieb für mehr als 15 Jahre. Damit eignen sie sich als Flughardware beispielsweise zum Pumpen von Nd:YAG-Lasern für die optische Datenkommunikation.

Energieeffiziente Komponenten für Satellitenkommunikation und -sensorik
Wegen ihrer hohen Strahlungshärte und der möglichen hohen Schaltfrequenzen eignen sich Galliumnitrid (GaN)-Schalttransistoren besonders für das Power Conditioning in Satelliten. Der vom FBH entwickelte 10 A/400 V Aluminiumnitrid Power Core mit GaN-Leistungstransistoren in Halbbrücken-Konfiguration minimiert Streuinduktivitäten und Kapazitäten der Schaltzelle. Dabei werden Leistungsschalter, Gatetreiber und DC-Link-Kondensatoren extrem kompakt heterointegriert und die Wärme wird effizient durch das Aluminiumnitrid-Substrat abgeführt. So konnten die Schaltzeiten der Leistungszelle gegenüber einem konventionellen Aufbau mit diskreten Bauelementen halbiert werden. Hohe Schaltfrequenzen bei gleichzeitig hohem Konverter-Wirkungsgrad sind die Voraussetzung für Leistungskonverter mit besonders hoher Leistungsdichte. Ein zentraler Aspekt, da jedes Gramm im Weltraum zählt. Erst kürzlich ist es gelungen, die Größe eines Konverters weiter zu reduzieren – bei gleicher Leistung.

Wirkungsgrad und Verlustleistung sind kritische Punkte auch bei den Sendeverstärkern in Satelliten. Daher entwickelt das FBH Konzepte zum Envelope Tracking – eine bekannte Technik, um die Effizienz von Hochfrequenz-Leistungsverstärkern zu steigern.

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• ILA Berlin

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Quelle: Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT 24. Mai 2022.

Der Blick nach oben
Die Pandemie und der Krieg in der Ukraine haben in letzter Zeit viele Fragen aufgeworfen. Der Klimawandel setzt sich aber trotzdem fort und wird in den nächsten Jahren zu einem entscheidenden Risiko für die Menschheit. Deshalb ist die Frage, wie sich die Atmosphäre verändert, von größter Bedeutung.

Ein Team von Forschenden des Leibniz-Instituts für Atmosphärenphysik IAP und des Fraunhofer ILT hat in den vergangenen Jahren eine neue Generation von Lasermessgeräten für die Erkundung der Atmosphäre entwickelt. Auf der LASER World of PHOTONICS präsentierten sie die neueste Generation dieser mobilen Systeme, die Wind und Temperatur vom Boden bis in Höhen über 100 km messen können.

Kernstück dieses Doppler-LIDAR-Systems ist ein diodengepumpter Alexandritlaser. Diese Strahlquelle ermöglicht die extrem kompakte Bauform des Gesamtinstruments, einschließlich der Sende- und Empfangsoptik mit 1 m x 1 m x 1 m Volumen. »Der Vorläufer, basierend auf einem lampengepumpten Alexandritlaser, wurde am Leibniz IAP entwickelt und war in einem Schiffscontainer installiert«, berichtet Dr. Michael Strotkamp vom Fraunhofer ILT in Aachen. »Mit der neuentwickelten diodengepumpten Strahlquelle sind wir den alten blitzlampengepumpten Systemen auch bei Stabilität und Lebensdauer deutlich überlegen.«

In den letzten 18 Monaten wurden zwei Laser-Prototypen in Lidarsysteme integriert und in Messkampagnen am Leibniz IAP in Kühlungsborn erfolgreich getestet. Zwei weitere, deutlich leistungsstärkere Systeme werden im Mai 2022 aus Aachen geliefert. Mit stärkeren Pumpdioden liefern sie über 2 W Ausgangsleistung. Von Anfang an beteiligten sich die Atmosphärenforscher um Dr. Josef Höffner an der Entwicklung der Lasersysteme. Heute verfügen sie über das kompakteste System weltweit, um die Klimadaten vom Boden aus bis in große Höhen präzise zu messen.

Im Rahmen des Projekts VAHCOLI (Vertical And Horizontal COverage by LIdar) des Leibniz IAP werden mehrere Systeme in einem Netzwerk Flächen von mehreren Zehntausend Quadratkilometern am Himmel vermessen. Für den Satelliteneinsatz ist das System ebenfalls im Gespräch. In jedem Fall wird es wertvolle Daten für die Atmosphärenphysik liefern. Das wird helfen, die Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Schichten bis weit über 100 km Höhe besser zu verstehen und damit Klima- und Wettermodelle deutlich zu verbessern.

Der Blick vom Satelliten
Natürlich lässt sich die Atmosphäre auch von oben vermessen. Dafür steht zum Beispiel die deutsch-französische Klimamission MERLIN (Methane Remote Sensing LIDAR Mission). Ein Kleinsatellit soll drei Jahre lang das Treibhausgas Methan in der Erdatmosphäre beobachten.

Auch bei MERLIN ist ein LIDAR-System an Bord, und auch da kommt die Laser Optical Bench, das Kernelement des Lasers, vom Fraunhofer ILT. Für die Methanmessung werden Laserpulse bei zwei Wellenlängen um 1645 nm in die Atmosphäre geschickt. Die Differenz der rückgestreuten Lichtsignale liefert die absolute Methankonzentration. Aus der Laufzeit der Pulse folgt die jeweilige Höhe über dem Erdboden.

Die Laserquelle für MERLIN hat 2020 das »Critical Design Review« absolviert, seit vergangenem Jahr wird das »Engineering Qualification Model« aufgebaut. Beides sind wesentliche Meilensteine auf dem Weg zur Qualifizierung für den Raumflug. Noch in diesem Jahr beginnt der Aufbau des Systems für den eigentlichen Flug. Nach der Integration in das von Airbus Defence und Space entwickelte druckdichte Gehäuse werden die Laserquellen nach der Fertigstellung an den Auftraggeber Airbus Defence and Space geliefert.

»Die eigentliche Herausforderung war die Qualifikation unserer Technik für Weltraumprojekte«, berichtet Bastian Gronloh, Projektleiter MERLIN auf dem Fraunhofer-Stand. »Das haben wir vor etwa 10 Jahren mit der FULAS-Plattform begonnen, inzwischen sind alle Komponenten qualifiziert.« FULAS steht für FUture LAser System und bezeichnet die Laserplattform in Lötaufbautechnik, die am Fraunhofer ILT in Zusammenarbeit mit Airbus entwickelt wurde. Dafür wurde vor allem die Löttechnik perfektioniert, mit der die optischen Komponenten präzise und dauerstabil befestigt und justiert werden.

Die Montage des MERLIN-Lasers erfolgt im Reinraum in Aachen. Auf der LASER-Messe wurden einzelne Komponenten sowie der 3D-gedruckte Demonstrator des Lasers ausgestellt. Nach Angaben der DLR-Raumfahrtagentur, die das Instrument bei Airbus in Auftrag gegeben hat, ist der Start der Mission für 2027 geplant. Die Modellphilosophie und das Montagekonzept lassen sich natürlich auch auf andere Laser anwenden – immer dann, wenn höchste Anforderungen an Präzision und Zuverlässigkeit der Laser gestellt werden.

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• Planet Erde

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Quelle: Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT.

8. September 2021 – Mit dem Verfahren Laser Powder Bed Fusion (LPBF) wurde erstmals ein neuer Präzisionsgreifarm aus Metallpulver in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Digital Additive Production DAP entwickelt und aufgebaut – für die Montage von Weltraumkomponenten im Reinraum ein Novum! Der Greifarm ist leichter als sein Vorgänger und doch stabil genug, um schwerere Laseroptiken ultragenau montieren und justieren zu können.

Lasersysteme für den Weltraumeinsatz

Vibrationstest und Klimakammer – das sind typische Stationen bei der Qualifizierung eines Lasersystems für den Weltraumeinsatz. Trotz höchster Belastungen müssen die Systeme mikrometergenau justiert bleiben, um im All sicher arbeiten zu können.
Am Fraunhofer ILT in Aachen wurde in den vergangenen Jahren die Montagetechnik für solche Lasersysteme entwickelt und immer weiter verbessert. Dabei arbeiten die Expertinnen und Experten des Fraunhofer ILT mit Partnern wie DLR, Airbus Defence and Space, TESAT Spacecom sowie der ESA zusammen, um komplexe optische Systeme zu bauen. Für den Aufbau dieser optischen Systeme werden modernste Technologien eingesetzt: Alle wesentlichen Justierschritte werden mit manuell geführten Robotern im Pick & Align-Verfahren vorgenommen. Ein zentrales Werkzeug ist der Greifarm. Er sitzt auf einem Hexapoden und positioniert die Bauteile mikrometergenau im optischen Aufbau. Dort werden sie auf wenige mikro-rad genau justiert und durch Löten fixiert. Der Aufbau des Greifarms ist entscheidend für die Präzision der Montage und gibt auch das maximale Gewicht der optischen Komponenten vor.

Mit bionischem Design und additiven Methoden zu mehr Tragkraft

Um die Leistungsfähigkeit der Aufbautechnologie weiter zu steigern, entwickelte das Fraunhofer ILT einen komplett neuen Greifarm. Nach seiner Konstruktion legten die Kolleginnen und Kollegen des Lehrstuhls für Digital Additive Production DAP der RWTH Aachen University zudem die bionischen Strukturen so aus, dass bei kleinerem Eigengewicht seine Nutzlast vergrößert werden konnte. Gefertigt wurde der topologieoptimierte Greifarm schließlich via Laser Powder Bed Fusion (LPBF) ebenfalls am Lehrstuhl DAP. Dank einer speziellen Nachbearbeitung erreicht der Greifarm die Reinraumklasse ISO5. Das ist ein absolutes Novum – bislang verhinderte Restpulver an den Bauteilen den Einsatz additiver Methoden bei solchen Präzisionswerkzeugen im Reinstraum. Der neue Greifarm ist zweigeteilt mit einem statischen und einem beweglichen Teil. Zuleitungen für benötigte Medien sind zur Minimierung der Kontamination in den Greifarm integriert.

Für die Missionen der Zukunft

Dieses Präzisionswerkzeug bewegt deutlich schwerere Teile als das bislang eingesetzte Werkzeug, gleichzeitig ermöglicht es eine stabilere Justage. »Wir beschreiten mit dieser Technologie einen für uns neuen Weg. Es wird nicht erst konstruiert und dann geschaut, ob das Bauteil die gewünschten Eigenschaften hat, sondern die Bauteilgeometrie wird für die Belastungsszenarien optimiert«, beschreibt Michael Janßen, der seit Jahren am Fraunhofer ILT die Greifer für die Montage konstruiert, die Vorgehensweise.

Eingesetzt wird der neue Greifer im Rahmen von FULAS – einer universellen Technologieplattform, welche die Aachener zum Aufbau von Lasersystemen in Luft- und Raumfahrtprojekten entwickelt haben. »Wir haben in die Fertigung des neuen Greifers die Erfahrungen aus der gesamten FULAS-Entwicklung eingebracht« resümiert Projektleiter Heinrich Faidel vom Fraunhofer ILT die Aktivitäten. Ein System auf FULAS-Basis wird derzeit für die deutsch-französische Klimamission MERLIN (Methane Remote Sensing Lidar Mission) aufgebaut. Der Kleinsatellit MERLIN soll von Kourou, Französisch-Guayana, aus in den Weltraum befördert werden, um die Verteilung von Methan in der Erdatmosphäre zu kartieren. Kernkomponente des Satelliten ist ein LIDAR-Laser, der Lichtpulse in die Atmosphäre schickt und aus dem zurückgestreuten Licht die Methankonzentration bestimmt.

Treffen Sie unsere Expertinnen und Experten auf dem 15. Tag der Deutschen Luft- und Raumfahrtregionen am 29. September 2021 in Aachen.

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• 3D-Drucker in der Raumfahrt

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Quelle: DLR.

25. August 2021 – Die Arktis erwärmt sich deutlich schneller als andere Teile der Erde. Dabei tauen in den Regionen nördlich des Polarkreises unter anderem Permafrostböden auf und setzen das gegenüber CO₂ vielfach wirkungsvollere Klimagas Methan frei. Ebenso gasen subpolare Feuchtgebiete Methan aus. Vom 14. bis 27. August 2021 findet die internationale Forschungskampagne MAGIC 2021 statt. Ausgehend von Kiruna/Schweden erfassen die rund 80 Forschenden Klimagasquellen und -senken in Skandinavien. Drei Messflugzeuge, 20 Ballons und drei Erdbeobachtungssatelliten liefern Daten zur Region. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beteiligt sich mit in-situ-Messungen auf der DLR eigenen Cessna Grand Caravan und mit CHARM-F (CH₄ Atmospheric Remote Monitoring) einem neuentwickelten Flugzeug getragenen Lidar-Instrument zur Methan- und CO₂-Detektion. Eine weltraumtaugliche Variante des Lidars soll ab 2027 bei der Satellitenmission MERLIN zur globalen Methan-Detektion aus dem All eingesetzt werden. Der bei MAGIC 2021 verwendete Demonstrator unterstützt die Vorbereitung dieser deutsch-französischen Mission. An MAGIC 2021 sind insgesamt 17 Forscherteams aus sieben Nationen unter Leitung der französischen Raumfahrtagentur CNES und Forschungseinrichtung CNRS beteiligt.

Kohlendioxid (CO₂) und Methan (CH₄) sind die beiden bedeutendsten anthropogenen Treibhausgase. Insbesondere der Eintrag von Methan in die Erdatmosphäre ist noch zu wenig erforscht. In Skandinavien gibt es verschiedene Methan-Quellen, die entweder menschlichen Aktivitäten entspringen (Förderung und Verteilung von Gas und Öl) oder natürlichen Ursprungs sind (Feuchtgebiete, Torfmoore, Seen). In diesen feuchten Regionen finden organische Abbauprozesse unter Ausschluss von Luft statt, wobei Methan natürlich entsteht.

„Für die Klimaforschung sind diese Daten enorm wichtig. Denn diese Emissionen sind nur unzureichend quantifiziert“, erläutert Dr. Susann Groß, Leiterin der DLR-Programmdirektion für Raumfahrtforschung und -technologie. „Kontinuierliche Messungen in der Region sind aufgrund der geringen Bevölkerungsdichte, des langen Winters und der Wetterbedingungen eher selten. Die Forschenden wollen verstehen, welchen Einfluss die natürlichen Methanquellen haben und wie sie sich mit der Erderwärmung verändern.“

Die hohen geografischen Breiten gelten zudem als Senke für atmosphärisches CO₂. Hier ist von Interesse, ob sich die Aufnahme des CO₂ in der Biosphäre durch die starke Erwärmung der Arktis verringert und sich das arktische Ökosystem von einer Senke zu einer Quelle entwickelt.

Von der bodennahen Grenzschicht bis in die Stratosphäre

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erfassen die Klimagaskonzentrationen von der bodennahen Grenzschicht bis hinauf in die Stratosphäre in 3 Ebenen. In der Stratosphäre lassen sie im Rahmen der Kampagne Ballons bis in Höhen von 40 Kilometer aufsteigen, die mit Fernerkundungs- und in-situ Instrumenten die Konzentrationen erfassen. Das französische Forschungsflugzeug ATR-42 fliegt in rund sechs Kilometern Höhe und trägt erstmals das DLR-Lidar CHARM-F an Bord. Dieses misst die Methan- und CO₂-Konzentrationen mittels Laser zwischen Flugzeug und Boden.

Im Tiefflug entlang der bodennahen Grenzschicht fliegt die Cessna des DLR und misst direkt die Konzentration in rund 500-1.500 Meter Höhe. Eine Twin Otter des Britischen Polarforschungsinstituts (BAS) ergänzt diese Messungen durch Sondierung der Landoberfläche und dessen Temperatur, mithilfe eines passiven Fernerkundungsinstruments des Jet Propulsion Laboratory der NASA. Die koordinierten Messungen sollen im Rahmen der AMPAC-Initiative gemeinsam ausgewertet werden.

Kleinste Konzentrationsunterschiede verraten Methanquellen

„Wir wollen herausfinden, wo in Nordskandinavien die Methanemissionen herkommen und wohin sie transportiert werden“, erläutert Dr. Andreas Fix vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. „Gleichzeitig erproben wir unser hochpräzises Lidar. Dessen Technologie wird zukünftig auf dem deutsch-französischen Klimasatelliten MERLIN für eine kontinuierliches Methan-Monitoring aus dem All eingesetzt werden.“ Diese Technik erlaubt es, Methan und CO₂ mit eigener Lichtquelle, dem Laser, unabhängig vom Sonnenlicht aus großer Entfernung und mit hoher Genauigkeit zu messen. Besonders vielversprechend ist die erstmalige Kombination aus dem Treibhausgas-Lidar mit einem Lidar der französischen Forschungsorganisation ONERA, das gleichzeitig vom Bord der ATR-42 das Windfeld misst. Die Forschenden hoffen auf diese Weise, die Treibhausgasflüsse vom Flugzeug aus direkt bestimmen zu können.

Eine generelle Herausforderung bei der Messung von Treibhausgasen sind deren äußerst geringe Konzentrationsunterschiede. Denn auch nahe starker Quellen sind die Werte meist nur weniger als ein Prozent gegenüber der Hintergrundkonzentration erhöht. Eine äußerst sensitive und präzise Messung ermöglichen in-situ Methanmessungen nahe über dem Boden. „Über die Lufteinlässe der DLR-Cessna erfassen wir mit unseren Geräten die Konzentration der Klimagase Methan und CO₂ direkt am Ort des Flugzeugs“, erklärt Dr. Anke Roiger vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. „Dazu messen wir gleichzeitig den dreidimensionalen Wind. Das erlaubt uns, erhöhte Konzentrationen und Quellen am Boden zu verbinden sowie deren Quellstärke abzuschätzen.“

Rund um das nordschwedische Kiruna kann die DLR-Cessna in einem Radius von 300 Kilometern eingesetzt werden. „Für die Messflüge im Sichtflug über die weiten Waldgebiete Nordskandinaviens benötigen wir eine ausreichend hohe Wolkenuntergrenze und gute Sicht, um abgestimmt mit den anderen Maschinen der Forschungskampagne zu fliegen“, sagt Testpilot Dr. Marc Puskeiler von den DLR-Flugexperimenten. „Herausforderungen für die Flugplanung sind die oft sehr kurzfristig, teilweise noch im Flug modifizierten Flugmuster sowie die wenigen Flugplätze für Ausweichlandungen und Tankstopps in diesem sehr dünn besiedelten Gebiet.“ Nach Möglichkeit der Wetterbedingungen fliegt die DLR-Cessna koordiniert mit der französischen ATR-42 und der britischen Twin Otter. Erste Ergebnisse der Mission werden für 2022 erwartet.

Forschungskampagne Magic 2021

Um ihre Verteilung der beiden bedeutendsten anthropogenen Treibhausgase Kohlendioxid (CO₂) und Methan (CH₄) in der Atmosphäre und die damit verbundenen Emissionen besser verstehen zu können, wurde 2017 die Initiative MAGIC (Monitoring Atmospheric composition and Greenhouse gases through multi-Instrument Campaigns) gestartet. Nach drei vorbereitenden Kampagnen in den letzten Jahren auf dem französischen Festland findet die Kampagne 2021 in Nordnorwegen, Schweden und Finnland, mit besonderem Fokus auf den natürlichen und anthropogenen Methanemissionen statt. In die Forschungsarbeiten fließen auch Beobachtungen der Satelliten OCO-2 (NASA), Sentinel-5P (ESA) sowie MetOp (ESA-EUMETSAT) ein.

In der großangelegten internationalen Forschungskampagne arbeiten die französischen Einrichtungen CNRS, CNES und Onera gemeinsam mit dem Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Swedish Space Corporation, dem Finnischen Meteorologischen Institut, der Universität Groningen, dem King’s College London, dem British Antarctic Survey sowie dem Jet Propulsion Laboratory der NASA zusammen. Die Finanzierung erfolgt hauptsächlich durch CNES, CNRS und ESA, mit einem Beitrag von Eumetsat sowie dem DLR.

Deutsch-Französische Klimamission MERLIN

Der deutsch-französische Kleinsatellit MERLIN (Methane Remote Sensing LIDAR Mission) ist eine Klimamission, die das Treibhausgas Methan in der Erdatmosphäre beobachten soll. Mit Hilfe eines Lidar-Instruments (Light Detecting and Ranging) wird MERLIN ab dem Jahr 2027 aus einer Höhe von rund 500 Kilometern das Treibhausgas in der Erdatmosphäre aufspüren und überwachen. Ziel der dreijährigen Mission ist unter anderem die Erstellung einer globalen Weltkarte der Methankonzentrationen. Außerdem soll die Mission Aufschluss darüber geben, in welchen Regionen der Erde Methan in die Atmosphäre eingebracht wird (Methanquellen) und in welchen Gebieten es ihr wieder entzogen wird (Methansenken).

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• Klimawandel

Der Beitrag DLR: Auf den Spuren der Methanquellen in Skandinavien erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR.

Unter dem Motto „Connecting @ll Space People” wird die wichtigste Konferenz für den globalen Weltraumsektor in dieser Form – ebenfalls zum ersten Mal – kostenlos und auch für die allgemeine Öffentlichkeit zugänglich sein. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) präsentiert in neuen „Cyberspace“-Formaten aktuelle sowie zukünftige Projekte und Ziele der deutschen Raumfahrt.

Begleitet wird der dreitägige Kongress von einer rund um die Uhr „geöffneten“ virtuellen Ausstellung, auf der das DLR mit einem virtuellen Messestand vertreten sein wird. Eine Online-Expertendiskussion zum Thema „Wissenschaft für die Zukunft – Erdbeobachtungstechnologien im Zeitalter des Klimawandels“ findet am 12. Oktober 2020 statt. Auf dem IAC 2020 – The CyberSpace Edition werden insgesamt folgende Themen aus den Bereichen Raumfahrtforschung und -technologie sowie dem Raumfahrtmanagement des DLR präsentiert:

CIMON – Mensch-Maschine-Interaktion im All
CIMON steht für Crew Interactive MObile companioN und ist der weltweit erste, in Schwerelosigkeit fliegende und dank künstlicher Intelligenz autonom agierende Astronauten-Assistent. Er kam bei der Horizons-Mission des deutschen ESA-Astronauten Alexander Gerst im Jahr 2018 an Bord der internationalen Raumstation ISS zum Einsatz. Auch die Weiterentwicklung CIMON-2 stellte seine Funktionalität bereits unter Beweis. Er interagierte im Frühjahr 2020 erfolgreich mit dem italienischen Astronauten Luca Parmitano auf der ISS. CIMON ist ein vom DLR Raumfahrtmanagement in Kooperation mit Airbus und IBM entwickeltes Pionierprojekt für den Einsatz von KI für die astronautische Raumfahrt.

MERLIN – Die deutsch-französische Klimamission
In der Mythologie ist Merlin ein Zauberer der Artus-Sage rund um die Ritter der Tafelrunde und die Suche nach dem Heiligen Gral. Methan ist heute ein wesentliches Treibhausgas, auf dessen Spuren sich ein zeitgenössischer Nachfolger und Namensvetter des Zauberers begeben wird, der deutsch-französische Kleinsatellit MERLIN (Methane Remote Sensing LIDAR Mission). Ab 2024 soll er Methan in der Atmosphäre aus einer Höhe von rund 500 Kilometern aufspüren und überwachen. Ziel der dreijährigen Mission unter Leitung des DLR Raumfahrtmanagements und der französischen Raumfahrtagentur CNES ist unter anderem die Erstellung einer globalen Weltkarte der Methan-Konzentrationen. Außerdem soll durch MERLIN klarer werden, in welchen Regionen der Erde Methan in die Atmosphäre gebracht wird und in welchen Gebieten es ihr wieder entzogen wird.

Einzigartiges Weltraumradar GESTRA ist dem Weltraumschrott auf der Spur
GESTRA (German Experimental Space Surveillance and Tracking Radar) ist eines der modernsten Radarsysteme zur Ortung von Trümmern im Weltraum. Das weltweit einzigartige System kann Weltraumschrott und aktive Raumfahrtsysteme im erdnahen Orbit rund um die Uhr überwachen. GESTRA wurde im Auftrag des DLR Raumfahrtmanagements mit Mitteln des BMWi vom Fraunhofer Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (FHR) gebaut und startet in Kürze seinen operationellen Betrieb von seinem Standort bei Koblenz aus. GESTRA soll einen signifikanten Beitrag zur Sicherheit im Weltraum auf nationaler, europäischer und internationaler Ebene liefern.

Wiederverwendbare Raumtransportsysteme
Die Kosten im Raumtransport zu senken und zugleich die Umweltverträglichkeit der Raumfahrt zu steigern, ist ein entscheidender Faktor, mit dem Europa auf dem Markt dauerhaft konkurrenzfähig sein kann. Erreichbar ist dies jedoch nur durch eine grundlegende Änderung der Trägerarchitektur, bei der die Wiederverwendbarkeit die größte Rolle spielt. Insbesondere die Wiederverwendung der ersten Stufe, die den wesentlichen Anteil an den Kosten ausmacht, verspricht hier ein Einsparpotenzial in Höhe zweistelliger Prozentwerte. Das DLR untersucht und erprobt dazu zwei Konzepte: CALLISTO (Cooperative Action Leading to Launcher Innovation in Stage Toss back Operations) und ReFEx (Reusability Flight Experiment).

CALLISTO ist ein wiederverwendbarer Demonstrator für eine sogenannte „Vertical takeoff, vertical landing“-Raketenstufe, kurz VTVL, also ein System, das senkrecht starten und wieder landen kann. Das Gemeinschaftsprojekt von DLR, der französischen Raumfahrtagentur CNES und der japanischen JAXA zielt darauf ab, die Kenntnis über VTVL-Raketenstufen zu verbessern und entsprechende Technologien zu entwickeln, zu testen und vermarkten zu können. Das CALLISTO-Raumfahrzeug besteht aus einer mit flüssigem Sauerstoff und Wasserstoff betriebenen Raketenstufe. Der Antrieb kann gedrosselt werden, um präzise und weich zu landen.

Gleichzeitig verfolgt das DLR mit dem Projekt ReFEx einen weiteren, etwas anderen Ansatz für wiederverwendbare Trägerraketen und Wiedereintrittstechnologien: Anstelle einer vertikalen Landung wird die horizontale Landung einer Erststufenrakete mit autonomer Navigation und Flugführung in jeder Phase seiner Mission erprobt. Ein Demonstrationsflug ist für 2022 geplant.

Globaler Wandel: Thema Urbanisierung
Seit wenigen Jahren leben global erstmals mehr Menschen in Städten als auf dem Land. Und der Trend der Urbanisierung setzt sich fort. Innerhalb weniger Jahre wuchsen und wachsen Megastädte heran, es bilden sich über weite Flächen ausdehnende Städtelandschaften und ganze Landstriche werden „zersiedelt“. Wie können aber auch Chancen der Urbanisierung aussehen? Wie lassen sich diese sinnvoll nutzen, wie die negativen Begleiterscheinungen des schnellen Wachstums mildern oder sogar vermeiden?

Das ist eine der großen gesellschaftlichen Aufgaben der kommenden Jahrzehnte. Das DLR liefert mit Hilfe der Erdbeobachtung Daten für eine nachhaltige Siedlungsentwicklung: Siedlungsflächen werden detailliert aus dem All erfasst. So hat zum Beispiel das Projekt „Global Urban Footprint“ (GUF) zum Ziel, weltweit besiedelte Flächen in einer bislang einzigartigen räumlichen Auflösung von 0,4 Bogensekunden – etwa zwölf Metern – zu kartieren.

Rover-Technologien für Mond und Mars
Das DLR setzt bei der Entwicklung von Rover-Technologien auf autonome, geländegängige Rover. In Zukunft sollen sie selbständig möglichst lange Strecken zurücklegen können. Ein Beispiel ist der deutsch-französische Rover auf der Mission Martian Moons eXploration (MMX) der japanischen Raumfahrtagentur JAXA, die 2024 starten soll.

Die Landung des MMX-Rovers auf dem Marsmond Phobos ist als Teil der Mission für Ende 2026 oder Anfang 2027 geplant. Der mobile Landeroboter wird unter der gemeinsamen Leitung des DLR und der CNES entworfen und gebaut und soll die Oberfläche von Phobos für rund 100 Tage erkunden. Mit der Mission MMX setzen JAXA, CNES und DLR ihre bereits langjährige und erfolgreiche Kooperation fort.

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• 71. International Astronautical Congress (IAC) – The CyberSpace Edition

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: Aviation Week. Vertont von Peter Rittinger.

Damals berichteten wir von einer Anomalie, die etwa 1 Minute und 19 Sekunden nach dem Abheben zu erkennen war und bei der Triebwerk Nummer 1 abgeschaltet wurde. Trotzdem erreichte das Raumschiff einen Erdorbit und wenig später auch die Internationale Raumstation. Die Falcon-9-Trägerrakete ist so konstruiert, dass sie einen Triebwerksausfall durch eine längere Brenndauer der anderen Triebwerke weitgehend kompensieren kann.

Wie nun in einem gemeinsamen Bericht von SpaceX und NASA festgestellt wurde, hatte man bei besagtem Triebwerk das Galvanisieren an einer Stelle der Brennkammer wiederholen müssen. Offenbar ist dies aber keineswegs außergewöhnlich. Alle vom Triebwerk später empfangenen Daten weisen darauf hin, dass es an dieser Stelle während des Starts zu einem Bruch oder Riss kam. Die austretenden heißen Gase schnitten ein Loch in die Treibstoffzuleitung, wodurch der Druck in der Brennkammer rapide einbrach. Daraufhin schaltete die Automatik das Triebwerk ab.

Wie im Bericht erwähnt wird, hat das Triebwerk, wie auch alle anderen, eine Reihe von Tests erfolgreich absolviert, im Verlaufe derer es verschiedenen Umweltbedingungen bzgl. Druck und Temperatur ausgesetzt war. Diese hätten vermutlich den Materialfehler im Metall bzw. in der Vergütung verschlimmert. Bei keinem der Tests lag das Triebwerk außerhalb der festgelegten Parameter, in der Summe könne man allerdings erkennen, dass das Triebwerk insgesamt von der Norm abwich.

Der Bericht war bereits im Februar fertiggestellt worden, die Ursachen wurden am 14.02. 2013 vor einer Untersuchungskommission diskutiert. Öffentlich gemacht wurde er erst jetzt, da zuvor noch geprüft werden musste, welche Informationen einer besonderen Geheimhaltung unterliegen.

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• Diskussion im Thema Falcon 9
• Falcon 9 / Dragon CRS 1

Der Beitrag Fehlerursache für Triebwerksversagen bei Dragon CRS 1 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: SpaceX.

Dabei erreichte er eine Höhe von etwa 40 Metern über dem Boden des Testgeländes in McGregor (USA). Dabei befand sich Grasshopper etwa 10 s im langsamen Steigflug, hielt anschließend die Höhe für etwa 8 Sekunden und setzte weitere 10 s später wieder auf.

Grasshopper besteht aus einer in Größe und Form korrekten Erststufenattrappe der Falcon-9-Trägerrakete, welche mit einer komplexen Steuerung, einem Merlin-1D-Triebwerk und einer entsprechenden Menge Treibstoff ausgestattet ist. Außerdem umgibt die Erststufe ein Stahlgerüst, an dem vier Landebeine mit Stoßdämpfern angebracht sind.

SpaceX verfolgt mit ihren Tests das Ziel, wertvolle Teile von Trägerraketen wieder zu verwenden. Dies könne nach Aussage des Firmengründers Elon Musk die Kosten eines Raumfluges drastisch senken. Erster Schritt wäre die Wiederverwendbarkeit der ersten Stufe. In dieser verbleibt nach dem Abtrennen der zweiten Stufe ein gewisser Treibstoffrest. Die Stufe stürzt gesteuert zurück in Richtung Erdboden, in einer bestimmten Höhe wird dann aber das mittlere Triebwerk erneut gezündet, bremst die Stufe ab und führt sie schließlich zu einer präzisen Landung auf den am Rumpf angebrachten Beinen.

Die gleiche Wiederverwendbarkeit strebt SpaceX auch für Nutzlast und Oberstufe an. Wie auf der Internetseite der Firma zu lesen ist, sollen die Tests auch in den nächsten Monaten fortgesetzt werden. Im September erreichte Grasshopper 1,8 Meter Flughöhe, im November waren es 5,4 Meter.

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• Wiederverwendbarkeit und Landefähigkeit der Falcon-Familie
• SpaceX

Der Beitrag Grasshoppers dritter Sprung erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: SpaceX, NASA, Raumcon.

Dabei wurde eine Bahn zwischen etwa 200 und etwa 325 km Höhe bei einer Bahnneigung von 51,65 Grad erreicht. Im Startvideo war ein helles Aufleuchten am Triebwerk 1 zu sehen, worauf mehrere größere Teile abfielen.

Nach Auskunft von SpaceX gab es im Triebwerk Nummer 1 eine Anomalie, woraufhin dieses erfolgreich abgeschaltet wurde. Der Bordcomputer berechnete ein neues Missionsprofil und verlängerte die Brenndauer der übrigen Triebwerke der ersten Stufe um etwa 15 Sekunden.

Die Falcon 9 verfügt in der ersten Stufe über 9 baugleiche Triebwerke des Typs Merlin 1C. Fällt eines der Triebwerke aus, so können die anderen dessen Funktion bis zu einem gewissen Grad mit übernehmen. Dies wurde bereits bei der Konstruktion der Rakete so vorgesehen. Dass dies bei der Falcon 9 tatsächlich funktioniert, konnte mit dem heutigen Zwischenfall bereits nachgewiesen werden. Allerdings bleibt die Frage, ob dadurch die vorgesehene Bahn erreicht wurde und alle Missionsziele erfüllt werden können.

Elon Musk dazu gegenüber NASAwatch: „Ich glaube, die Falcon 9 ist die einzige aktuelle Rakete, die wie ein modernes Verkehrsflugzeug auch, mit einem Triebwerksausfall ihren Flug erfolgreich beenden kann. Es gab keine Auswirkungen auf das Dragon-Raumschiff oder die Versorgungsmission zur Raumstation.“

Der mittransportierte Orbcomm-Satellit wurde auf einer Bahn mit etwa obigen Parametern ausgesetzt. Man wollte das Risiko einer zweiten Zündung der Oberstufe nicht eingehen, da man mit unerwarteten Bahnparametern operierte und keine Gefährdung der ISS auf einer darüber liegenden Bahn riskieren wollte. Dadurch gelangt der Satellit allerdings möglicherweise nicht in den geplanten 700-Kilometer-Orbit. Das Dragon-Raumschiff löste sich dagegen wie vorgesehen von der Oberstufe, die Solarzellenpaneele wurden ausgeklappt. Nun untersuchen Verantwortliche von SpaceX die Vorfälle.

Update:
Nach einer ersten Auswertung wurde bekannt gegeben, dass es im Triebwerk 1 einen Druckabfall gegeben habe. Daraufhin sei dieses automatisch abgeschaltet worden. Aufgrund des Druckabfalls an der Innenseite hätten daraufhin Teile der Verkleidung dem „Fahrtwind“ kurz vor aerodynamischer Maximalbelastung nicht mehr standhalten können und seien abgebrochen. Da man auch nach dem Abschalten Daten vom Triebwerk 1 empfangen habe, kam es zu keiner Explosion, wie von verschiedenen Seiten zunächst spekuliert worden war.

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• Falcon 9/Dragon CRS 1 (ab Startzeitpunkt)

Der Beitrag Dragon im All trotz Triebwerksausfall (Update) erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralf Möllenbeck. Quelle: Spaceflight Now.

Nachdem die erste Stufe der Falcon 9 mit superkaltem flüssigen Sauerstoff und Kerosin betankt wurde, lief alles auf einen planmäßigen Test gegen 18:45 Uhr MEZ hinaus, Technik und Wetter waren innerhalb der geforderten Parameter. Die Triebwerke sollten für 3,5 Sekunden gezündet werden, um zwei Sekunden auf voller Leistung zu arbeiten und entsprechende Aufzeichnungen benötigter Daten zu erlauben. Der laufende Countdown wurde bei T-7 Minuten und 45 Sekunden ohne Angabe von Gründen angehalten und auf T-10 Minuten zurückgesetzt. 18:50 Uhr MEZ wurde der Countdown erneut aufgenommen und endete um 19 Uhr in einer kurzen Zündung der neun Triebwerke. Es stellte sich heraus, dass diese nur 1,1 Sekunden auf Volllast liefen und wegen eines zu hohen Drucks in Triebwerk 6 vorzeitig herunterfuhren. Kurz wurde erwogen, heute einen zweiten Test gegen 21 Uhr MEZ zu versuchen. Wenig später wurde eine Verschiebung des Tests um 24 Stunden angekündigt.

Raumcon:

• Falcon 9/Dragon – COTS 1 ab 3. Dezember

Der Beitrag Zu kurzer Falcon-9-Triebwerkstest erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: SpaceX.

Startgelegenheiten wären am 4. Juni zwischen 17 und 21 Uhr MESZ (11 bis 15 Uhr Ortszeit) und ebenso am 5. Juni im gleichen Zeitfenster. Gegenwärtig gibt es eine sechzigprozentige Wahrscheinlichkeit für günstige Witterungsbedingungen.

Zuvor muss noch die finale Dokumentation dss Flugabbruchsystem geprüft und das System endgültig genehmigt werden, was ebenfalls am Freitag erfolgen soll. Dieses System muss garantieren, dass im Falle einer Abweichung der Trägerrakete vom geplanten Kurs und damit eines voraussichtlichen Scheiterns der Mission, der Träger zuverlässig gesprengt wird. Damit sollen größere Schäden, die bei einer Explosion des havarierten Trägers auf dem Erdboden entstehen würden, von vorn herein ausgeschlossen werden. In den USA ist diese Vorgehensweise seit jeher üblich.

Die Falcon 9 ist eine zweistufige Trägerrakete, die in der ersten Stufe mit 9 Triebwerken des Typs Merlin 1C ausgestattet ist und als Treibstoffkombination Kerosin und flüssigen Sauerstoff verwendet. Sie soll bei einer Startmasse von 325 Tonnen einen Bodenschub von etwa 4.090 kN erreichen. In der zweiten Stufe arbeitet ein einzelnes Merlin-Triebwerk mit veränderter Düsengeometrie für einen effektiveren Schub im Vakuum. Aufgrund verschiedener technischer, meteorologischer und organisatorischer Probleme wurde der Start mehrfach verzögert. Bereits am 13. März fand ein 3,5-sekündiger Triebwerkstest statt.

Die Falcon 9 soll im Rahmen von Regierungsverträgen Frachtkapseln mit Nutzlast zur Versorgung der Internationalen Raumstation in erdnahe Umlaufbahnen bringen. Diese sogenannten Dragon-Kapseln sollen mit eigenem Antrieb in die unmittelbare Nähe der Station fliegen und dann mittels Stationsmanipulator angekoppelt werden. Bei Erfolg könnte aus der Dragon auch eine bemannte Version entwickelt werden.

Die US-amerikanische und internationale Öffentlichkeit bringt dem Ereignis viel Interesse entgegen, sehen doch die Raumfahrtpläne Präsident Obamas vor, dass zukünftige bemannte US-Missionen in den erdnahen Weltraum allein von privaten Firmen angeboten werden.

Raumcon:

• Falcon 9 mit Dragon-Qualifikationseinheit (seit August 2008)

Der Beitrag Falcon 9 mit neuem Termin erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: SpaceX, SpaceflightNow, Raumcon.

Ursache war offenbar ein nicht öffnendes Ventil an einer Zuleitung für Hochdruckhelium zum Anlassen der Turbopumpen zur Treibstoffförderung. Diese Turbopumpen werden zunächst mit Hilfe des „Spin Start System“ genannten Mechanismusses auf eine Mindestdrehzahl beschleunigt, bevor sie von einem kleinen Raketenmotor richtig in Schwung gebracht und gehalten werden. Aufgrund der Abweichung wurde der Startvorgang automatisch unterbrochen. Das Ventil ist Teil des Bodensegments und nicht der Rakete. Das Ventil selbst ist dabei gar nicht defekt, das Kommando zu dessen Öffnung wurde nicht erteilt.

Die trotzdem zu erkennende Zündung wurde durch geringe Mengen von Brennstoff und Oxydator hervorgerufen, die bereits in der Brennkammer angekommen waren. Die Treibstoffzufuhr war aber definitiv gestoppt.

Geplant war eine 3,5 Sekunden lange Brenndauer für alle 9 Merlin-Triebwerke der ersten Stufe. Der Test soll nun nach gründlicher Analyse der aufgezeichneten Daten möglicherweise bereits in einigen Tagen nachgeholt werden, wenn der Abbruch keine weiteren Ursachen hatte. Ein Starttermin der Rakete im März wird dadurch zwar unwahrscheinlicher. Einziges erklärtes Ziel der SpaceX-Mannschaft ist aber ein erfolgreicher Jungfernflug. Man wird sich zur Vorbereitung so viel Zeit nehmen, wie nötig ist.

Raumcon:

• Falcon 9 mit Dragon-Qualifikationseinheit (ab. 8. März)

Der Beitrag Erster Falcon-9-Test abgebrochen – UPDATE erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: SpaceX.

Der Brennversuch soll über die gesamte Brennzeit einer künftigen zweiten Stufe der Falcon-9-Rakete angedauert haben. Während der sechsminütigen Brenndauer habe das Merlin-Triebwerk rund 45 Tonnen Treibstoffe, Kerosin und Sauerstoff, verbraucht, und dabei für US-amerikanische kohlenwasserstoffverbrennende Triebwerke einen Rekord-ISP erreicht.

Der hinsichtlich des „Vakuums“ im Weltraum auf dem Testgelände von SpaceX in McGregor, Texas, erzielte Äquivalentschub habe etwa 411 Kilonewton betragen, das Triebwerk sei über die gesamte Versuchsdauer stabil zu betreiben gewesen.

Im Vergleich zum zuletzt in der ersten Stufe der Falcon-1-Rakete verwendeten Merlin-1C-Triebwerk bekommt das Merlin-Triebwerk für Vakuumbedingungen eine deutlich verlängerte Ausströmdüse. Die Brennkammer ist regenerativ gekühlt, die Ausströmdüse erfährt im Betrieb Strahlungskühlung.

In der zweiten Stufe einer Falcon-9-Rakete soll der Merlin-Motor für den Einschuss der transportierten Nutzlast in den erforderlichen Orbit sorgen. Dafür ist er mit einem redundanten Zündsystem ausgestattet, das mehrfache Zündungen der Stufe erlauben soll.

Das exakte Ansteuern einer Umlaufbahn werde auch durch die Drosselbarkeit des Triebwerks unterstützt. Im gerade abgeschlossenen Versuch habe man eine Reduzierung auf 75 Prozent des Maximalschubs demonstriert, in kommenden Versuchen wolle man bis auf 60 Prozent des Maximalschubs heruntergehen.

Der Jungfernflug der Falcon-9-Rakete soll nach bisherigen Planungen später im Jahr 2009 stattfinden. Mit Falcon-9-Raketen und Dragon-Kapseln will SpaceX bei der Versorgung der internationalen Raumstation (ISS) helfen, wenn die Flotte der US-amerikanischen Spaceshuttle stillgelegt ist.

Der Beitrag Merlin-Motor erreicht hohen spezifischen Impuls erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Tobias Willerding. Quelle: SpaceX.

Falcon 9 Jungfernflug

Nach dem ersten gelungenen Falcon-1-Start im September letzten Jahres, steht nun im Jahre 2009 die nächste große Herausforderung für die junge Raumfahrtfirma SpaceX an: der Falcon-9-Jungfernflug. Die Falcon 9 ist eine zweistufige Trägerrakete mit 9 Merlin-Triebwerken in der ersten und einem Merlin-Triebwerk in der zweiten Stufe. Mit ihr soll die unbemannte Raumkapsel Dragon, die ab 2011 die Internationale Raumstation mit Fracht versorgen soll, gestartet werden. Der Startplatz der Falcon 9 ist SLC-40 in Cape Canaveral, der SpaceX von der US Airforce zu Verfügung gestellt worden ist. Im Moment läuft die Konstruktion der Startanlage auf Hochtouren, um rechtzeitig für den Jungfernflug im Sommer fertig zu sein. Vor ein paar Tagen wurde die Falcon 9 zum ersten Mal am Startplatz aufgerichtet. Die Falcon 9, die sich momentan am Cape befindet, besteht zum größten Teil aus Flughardware und wird hauptsächlich dazu benutzt werden, die Anschlüsse, Verbindungen, Betankung, Stromversorgung etc. zwischen der Startanlage und der Rakete zu testen. Allerdings gibt es noch weitere Herausforderungen, die es bis zum Jungfernflug zu meistern gilt. So muss der Hangar fertig gestellt werden, außerdem fehlt ein Umbilical tower – ähnlich wie bei der Falcon 1 – um Treibstoff in die zweite Stufe pumpen zu können. Der Jungfernflug befördert eine noch nicht näher spezifizierte Nutzlast der US-Regierung.

Dragon und Dragonlab

Einen erfolgreichen Jungfernflug vorausgesetzt, könnte dann der erste Testflug der unbemannten Raumkapsel Dragon in der zweiten Jahreshälfte stattfinden. Dragon wird von SpaceX im Rahmen des COTS (Commercial Orbital Transportation Systems) Programms der NASA entwickelt. Es sind drei Testflüge geplant. Darüber hinaus hat SpaceX zusammen mit Orbital Sciences den Zuschlag für die Versorgung der ISS mit Fracht nach 2010 bekommen. SpaceX bekommt 1,6 Milliarden Dollar für 12 Flüge, was umgerechnet ca. 133 Millionen Dollar pro Flug entspricht. Besonders nützlich dürfte sich die Rückkehrfähigkeit zur Erde von Dragon herausstellen. Denn weder ATV, HTV, Progress noch Cygnus sind dazu in der Lage. Dies kann sonst nur noch die bewährte Sojus-Kapsel. Das Shuttle wird ja nach aktueller Planung 2011 schon nicht mehr fliegen.

Dragon wird jedoch nicht nur zur ISS fliegen. SpaceX plant, Dragon auch als frei fliegendes unbemanntes Labor („DragonLab“) zu verwenden, in dem zahlende kommerzielle Kunden Experimente im Weltall durchführen können. Das könnte z. B. für Kunden, die auf der ISS keinen Platz mehr zugesprochen bekommen haben, interessant werden. Im Dezember hat SpaceX einen Workshop veranstaltet, um das Kundeninteresse an einem solchem Konzept zu evaluieren. Der Workshop war laut Angabe von SpaceX ein voller Erfolg. Daher hat man nun zwei Dragonlab-Missionen für diverse, nicht näher genannte Kunden, geplant für 2010 und 2011, angesetzt.

Falcon 1

Darüber hinaus sind für 2009 drei Falcon-1-Starts geplant. Im März soll der malaysische Satellit RazakSAT, im Sommer der Airforce-Satellit TacSat 1 und im Herbst ein kommerzieller Satellit gestartet werden. Des weiteren hat sich bei den bisherigen Falcon-1-Flügen herausgestellt, dass der Thermalschutz an der erste Stufe nicht ausreichend war, weshalb die Bergung der Stufe nicht funktioniert hat. Dieser soll nun verbessert werden, damit die Stufe erfolgreich geborgen werden kann. SpaceX plant die erste Stufe der Falcon 1 bei zukünftigen Flügen wiederzuverwenden.

Weitere Informationen

• Raumcon – Falcon 9
• Raumcon – SpaceX
• Raumcon – Falcon 1

Der Beitrag Falcon 9 Jungfernflug für Sommer geplant erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: SpaceX, kxxv.com .

Der während des Versuches erzeugte Lärm veranlasste eine Anzahl von besorgten Anwohnern des Testgeländes, mit den örtlichen Behörden Kontakt aufzunehmen. Ein Fernsehnetzbetreiber aus Texas sprach auf seiner Website sogar von einer Explosion, und davon, dass der Test sicher nicht so abgelaufen sei wie vorgesehen. Die Öffentlichkeit war zwar über den bevorstehenden Test informiert worden, teilweise wurde man von den Auswirkungen des Versuchs aber dennoch überrascht. Künftige Tests sollen in erweitertem Umkreis angekündigt werden.

SpaceX meldete am 23. November 2008, dass der Triebwerkstest nach 178 Sekunden, also nach knapp drei Minuten, erfolgreich abgeschlossen wurde. Zwei der Triebwerke wurden wie vorgesehen etwas früher, nämlich nach 160 Sekunden, stillgelegt, ohne das Gesamtsystem in seiner Funktion zu beeinträchtigen. Das frühere Abschalten von zwei Triebwerken wird möglicherweise auch bei den Flügen der Falcon 9 vorgenommen werden, um in der betreffenden Flugphase die Beschleunigung gegenüber dem Flug mit neun laufenden Motoren etwas zurückzunehmen. Während des Testlaufes erzeugten die neun Triebwerke zusammen maximal 855.000 Pfund Schub, das sind umgerechnet etwas über 3.800 Kilonewton. Im Verlauf des Versuchs wurden über 226 Tonnen Treibstoff, Kerosin und flüssiger Sauerstoff, verbraucht.

Der Jungfernflug der Falcon 9 soll nach derzeitigem Planungsstand 2009 von Cape Canaveral in Florida aus erfolgen. In den kommenden Monaten will man eine Falcon-9-Rakete auf der Startrampe SLC-40 (Space Launch Complex Nr. 40) für den Flug vorbereiten. Im September 2008 hatte SpaceX mitgeteilt, man habe von der US Airforce eine Betriebsgenehmigung für die kommerzielle Nutzung der Startrampe SLC 40 in Cape Canaveral erhalten. Verträge mit der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA sehen derzeit drei Flüge des Falcon-9-Trägers mit einem Dragon-Raumschiff als Nutzlast vor. Höhepunkt soll dabei der Transport des ebenfalls von SpaceX gebauten Dragon-Raumschiffes mit Rückkehrkapsel zur internationalen Raumstation ISS sein. Das Raumschiff soll an der ISS andocken, später soll die Kapsel nach der Abkopplung von der ISS und der Abtrennung eines nicht unter Druck stehenden Moduls zur Erde zurückkehren.

Der Beitrag Lautstarker Falcon-9-Triebwerkstest erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Tobias Willerding. Quelle: SpaceX.

Der Start fand am 3. August um 05:34 MESZ von Omelek im Kwajalein Atoll statt. Der Start verlief anfangs wie erwartet. Das neue Merlin-1C-Triebwerk arbeitete problemlos. Jedoch trat bei der Stufentrennung ein Problem auf, worauf die Rakete außer Kontrolle geriet und im Pazifik niederging.

Was ist passiert?
Die Stufentrennung hatte beim zweiten Testflug funktioniert. Warum also beim dritten Start nicht? Das Problem lag in der Abschaltsequenz für das neue Merlin-1C-Triebwerk. Diese dauerte länger als erwartet. Das neue Triebwerk ist regenerativ gekühlt, wohingegen das alte ablativ gekühlt war. Bei einem regenerativen gekühlten Triebwerk fließt der Treibstoff (zumindestens teilweise) erst durch dünne Röhrchen, die um die Düsenwand gewickelt sind. Dadurch wird die Düse gekühlt und der Treibstoff vorgewärmt. Nach dem Abschalten des Merlin-Triebwerks gab es noch eine kleine Menge Resttreibstoff in den Röhrchen, die zusammen mit einem Rest Sauerstoff für einen geringen Schub sorgte. Das alles wäre nicht so schlimm, wäre nicht die Zeit zwischen Abschalten des Triebwerks und Stufentrennung sehr kurz. Dadurch lieferte das abgeschaltete Triebwerk durch den Resttreibstoff auch nach der Stufentrennung noch einen geringen Schub, der ausreichte um die erste Stufe mit der zweiten kollidieren zu lassen. Dies führte zusammen mit der nahezu gleichzeitigen Zündung des Kestrel-Triebwerks der zweiten Stufe zu erheblichen Schäden an der zweiten Stufe, sodass diese den Flug in den Orbit nicht fortsetzen konnte.

Ein kompliziertes Problem?

Nein. Glücklicherweise ist dieses Problem einfach zu lösen. Es muss lediglich die Zeit zwischen Abschalten der ersten Stufe und der Stufentrennung um ein paar Sekunden erhöht werden. Dies ist auch der Grund, warum SpaceX den nächsten Falcon-1-Start bereits für September ansetzt. Es sollen keine Hardwaremodifikationen durchgeführt werden. Eine Nutzlast wird es ebenfalls nicht geben, es soll ein reiner Demonstrationsflug werden. Der fünfte Start ist für Dezember geplant und soll den malaysischen Satelliten RazakSAT in den Orbit bringen. Dies sollte ursprünglich der vierte Start sein, jedoch hat SpaceX Malaysia zugesagt, erst einen erfolgreichen Start durchzuführen.

Folgende Nutzlasten waren an Bord des dritten Falcon-1-Starts:
– Trailblazer für das amerikanische Verteidigungsministerium,- NanoSailD (NASA), ein Satellit, der ein Sonnensegel testen sollte,

– PRESat (NASA), Technologiedemonstration,- Payload Adapter (Malaysia),

– Celestis mit Asche von verstorbenen Personen, unter anderem Gordon Cooper (Mercury-Astronaut), James Doohan (Scotty in Star Trek) und Mareta West (hat den Ort der ersten Mondlandung ausgesucht).

Falcon-9-Triebwerkstest
Neben dem fehlgeschlagenene dritten Flug gab es auch eine erfreuliche Nachricht: Am 1. August hat SpaceX bekanntgegeben, dass die erste Stufe der Falcon 9 mit allen Triebwerken erfolgreich getestet wurde. Die Falcon 9 ist eine mittelstarke Trägerrakete und soll ca. 10 Tonnen in einen niedrigen Erdorbit transportieren. In der ersten Stufe befinden sich 9 Merlin-1C-Triebwerke. Der Erststart der Falcon 9 ist für Anfang 2009 geplant.

Bilder und Video von diesem Triebwerkstest können in dieser Pressemitteilung von SpaceX gefunden werden.

Weitere Informationen zum Ablauf des dritten Falcon 1 Starts können Sie in diesem Raumcon-Thread nachlesen.

Der Beitrag Dritter Falcon 1 Start fehlgeschlagen – Warum? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.