Quelle: DLR 20. November 2023.

20. November 2023 – Höhenforschungsraketen benötigen leistungsfähige Raketenmotoren, um das Weltall zu erreichen und anschließend vor dem Wiedereintritt in die Erdatmosphäre für mehrere Minuten in Schwerelosigkeit zurück zur Erde zu fallen. In einem gemeinsamen Entwicklungsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Bayern-Chemie ist es nun gelungen einen neuen Raketenmotor der Eintonnen-Klasse zu entwickeln und zu qualifizieren. Am 13. November 2023 startete die Mobile Raketenbasis (MORABA) des DLR die erste Forschungsrakete, angetrieben von einer einstufigen „RED KITE“ (übersetzt „Roter Milan“) vom Startplatz Andøya Space im Norden Norwegens. Mit einer Gesamtlänge von 6,6 Metern und einer Startmasse von 1,5 Tonnen erreichte das Vehikel den Scheitelpunkt der Flugbahn in 71 Kilometern Höhe. Im Aufstieg erreichte die Rakete eine maximale Fluggeschwindigkeit von 5.150 Kilometer pro Stunde, was einer Machzahl von knapp 5 entspricht. Anschließend fiel die Forschungsrakete rund 60 Kilometer entfernt zum Startpunkt in den Atlantischen Ozean. Umfangreiche Messdaten wurden während des Fluges an die Bodenstation übertragen.

„Wir freuen uns über die erfolgreiche Zusammenarbeit mit der Bayern-Chemie. Mit RED KITE steht der internationalen Forschungsgemeinschaft nun ein neuer, leistungsstarker Raketenmotor für Höhenforschungsmissionen zur Verfügung“, sagt Dr. Anke Pagels-Kerp, DLR-Bereichsvorständin Raumfahrt, anlässlich des gelungenen Erstflugs. „Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus unterschiedlichen Disziplinen wie der Forschung unter Schwerelosigkeit, Atmosphärenphysik, Über- und Hyperschalltechnologien oder neuen Raumfahrttechnologien haben jetzt verbesserte Möglichkeiten, Höhenforschungsraketen als kostengünstige und flexible Forschungs- und Erprobungsplattform zu nutzen.“

Der Geschäftsführer der Bayern-Chemie, Dr. Wolfgang Rieck, freute sich sehr über den erfolgreichen Test: „Respekt und Gratulation an das Projektteam für diese Topleistung. Wir sind alle stolz auf den gemeinsamen Erfolg und freuen uns darauf, die erfolgreiche Zusammenarbeit mit dem DLR in der Serienfertigung fortzusetzen.“

Die hohe Leistungsfähigkeit der RED KITE ermöglicht konkret erweiterte Nutzlastkapazitäten im Vergleich zu den bisher in Europa durchgeführten Schwerelosigkeitsforschungsprogrammen. Die in Deutschland erstmalig verantwortete Gesamtsystemauslegung in der Größenordnung von einer Tonne Festtreibstoff ist ein wesentlicher Schritt verbunden mit einer erheblichen Fähigkeitssteigerung in der Raketentechnologie. Der Motor wurde für den Einsatz vornehmlich als Boosterstufe von mehrstufigen Forschungsraketen konzipiert. Die gut 900 Kilogramm Komposittreibstoff brennen innerhalb von zwölf Sekunden ab und liefern den notwendigen hohen Startschub für Forschungsraketen.

Erstflug und erstes Experiment an Bord
Während der Mission SOAR (Single Stage Operational Assessment of Red Kite) wurde nicht nur der neue Raketenmotor erfolgreich im Flug erprobt, sondern der Testflug hatte bereits eine wissenschaftliche Nutzlast des DLR-Instituts für Aerodynamik und Strömungstechnik sowie des DLR-Instituts für Bauweisen und Strukturtechnologie an Bord. Bei dem Experiment APEX-TD (Air Breathing Propulsion Experiment – Technology Demonstrator) wurde die Durchströmung eines sogenannten Überschall-Verbrennungsantriebes untersucht, sowie passende Thermalschutzkonzepte erprobt. Die gesammelten Daten werden nun im Detail ausgewertet.

Das DLR beauftragte die Firma Bayern-Chemie Ende 2019 mit der Entwicklung und Fertigung eines Feststoff-Motors der Eintonnen-Klasse. Die Abteilung MORABA der DLR-Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining verantwortete neben der Integration des RED KITE Motors in ein flugfähiges Vehikel ebenso den On-board Computer der Rakete, die Bahnverfolgung mittels DLR-eigenem Radar, sowie die Missionsplanung, wozu auch umfangreiche Flugdynamik-Berechnungen gehören. Zusammen mit dem Startplatzbetreiber Andøya Space, der unter anderem für die Flugsicherheit verantwortlich war, gelang die erfolgreiche Qualifikation des Feststoffmotors. Dieser wird im nächsten Schritt bereits im Februar 2024 als zweistufige Höhenforschungsrakete für das MAPHEUS-Programm des DLR zur Forschung in Schwerelosigkeit in den Regelbetrieb gehen. In einer zweistufigen Konfiguration ergibt sich mit RED KITE die Möglichkeit mehr als 400 Kilogramm Nutzlast verschiedener Experimente auf mindestens 250 Kilometer Höhe zu bringen. MAPHEUS-14 wird dann unter anderem mit einem 3D-Druck-Experiment in Schwerelosigkeit an die erfolgreiche Flugreihe von DLR-Höhenforschungsraketen anknüpfen.

Startvideo von MBDA Deutschland:
https://www.mbda-deutschland.de/wp-content/uploads/2023/11/Andoya_MBDA_2160p_200MB.mp4

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• Höhenforschungsraketen

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Quelle: DLR 14. April 2023.

14. April 2023 – Nach drei Jahren intensiver Vorbereitungen sollen am 17. und 22. April 2023 die zwei baugleichen Experimentalraketen N2ORTH vom Raumfahrtzentrum Esrange bei Kiruna in Schweden in den Himmel über dem Nordpolarkreis starten. Das HyEnD-Team von Studierenden der Universität Stuttgart hat die beiden beim Start rund 200 Kilogramm schweren Raketen im Rahmen des STERN-Programms (Studentische Experimental-Raketen) der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR selbst entwickelt, gebaut und getestet. Das Programm ermöglicht den Teilnehmenden bereits während des Studiums erste Erfahrungen mit einem „echten“ Raumfahrtprojekt zu sammeln. Angetrieben werden die beiden rund acht Meter langen Experimentalraketen bei ihrem Flug mit einer Kombination aus flüssigem Lachgas und einem Festbrennstoff und erreichen dabei mehrfache Schallgeschwindigkeit.

Mit Leichtbauweise zu maximaler Flughöhe
Damit die rund 200 Kilogramm schweren Raketen eine möglichst große Höhe erreichen, hat das HyEnD-Team die entscheidenden Komponenten in Leichtbauweise aus Kohlefaserverbundwerkstoffen hergestellt. „Eine besondere Herausforderung war die Konstruktion des rund drei Meter langen Lachgastanks“, erklärt Karsten Lappöhn, STERN-Programmleiter in der Deutschen Raumfahrtagentur. „Er besitzt eine Außenhülle aus Kohlefaser sowie eine Innenbeschichtung aus Teflon-ähnlichem Material. Hierdurch verringert sich das Leergewicht der Rakete im Vergleich zur sonst üblichen Aluminium-Innenbeschichtung um rund sieben Kilogramm.“

300 Grad Celsius an der Außenhaut der Rakete
Während des Fluges entsteht durch die Luftreibung an der Außenhaut der Rakete eine Temperatur von circa 300 Grad Celsius. Um die empfindlichere Raketenstruktur vor diesen Temperaturen zu schützen, ist die Raketenhülle mit einer zusätzlichen Schicht aus Kork und Kunstharz umgeben. Die Wirksamkeit dieses Schutzes wurde durch Tests im Heißluft-Windkanal des DLR in Lampoldshausen von den Studierenden nachgewiesen. Auch der von den Studierenden entwickelte Raketenmotor wurde am DLR-Testzentrum für Raumfahrtantriebe in Lampoldshausen geprüft und ist der bisher leistungsfähigste seiner Art innerhalb des STERN-Programms. Bis zur Fertigstellung durchlief allein das Triebwerk 60 Heißläufe.

Am Fallschirmsystem sicher zu Boden
Das Bergungssystem von N2ORTH ist sehr komplex, denn es besitzt neben dem Hauptfallschirm noch einen Überschallfallschirm, der die Rakete beim Eintritt in die dichteren Luftschichten zusätzlich abbremst. Der von den Studenten selbst genähte Fallschirm muss dabei die hohen Temperaturen und mehrfache Schallgeschwindigkeit überstehen, bevor sich in drei Kilometern Höhe der größere Hauptfallschirm öffnet. „Wir haben sowohl das Öffnungs- und Bremsverhalten des Schirms, als auch das Leinen- und Befestigungssystem auf Herz und Nieren getestet“, erläutert Florian Merz vom HyEnD-Team. „Für die Erprobung des Gesamtsystems haben wir dann einen mit Messelektronik bestückten rund 80 Kilogramm schweren Testkörper aus einem Flugzeug über dem Truppenübungsplatz Heuberg abgeworfen.“

Nach dem Start der ersten N2ORTH-Rakete werden die Flugdaten ausgewertet und mit den Ergebnissen aus vorherigen Computersimulationen verglichen. Dies dient auch zur Vorbereitung des zweiten Fluges. Zu diesem Zweck werden die wichtigsten Daten per Funk zur Bodenstation übertragen und die Datenträger an Bord der Rakete nach erfolgreicher Landung und Bergung ausgelesen. Mit den so gewonnenen Messdaten ist eine deutlich genauere Flugbahnvorhersage für den zweiten Start möglich.

Das STERN-Programm
Am STERN-Programm haben bisher fünfzehn Hochschulen mit weit über 600 Studierende teilgenommen. In vier Kampagnen wurden dabei neun Raketenstarts durchgeführt. Im Jahr 2016 konnten Studierende der Universität Stuttgart mit 32,3 Kilometern einen europäischen Höhenrekord für Experimentalraketen und den Weltrekord für eine Hybrid-Studentenrakete aufstellen.

Ziel des Programms ist es, den Teilnehmenden bereits während des Studiums erste Erfahrungen mit einem „echten“ Raumfahrtprojekt zu ermöglichen. Innerhalb von drei Jahren entwerfen, bauen und starten die Studierenden eine eigene Rakete und führen sämtliche Tests durch. Begleitet werden sie dabei von den Experten der Mobilen Raketenbasis des DLR (MORABA) und vom Institut für Raumfahrtantriebe am DLR-Standort in Lampoldshausen. Technische Mindestanforderungen sind, dass die Rakete eine Flughöhe von mindestens drei Kilometern sowie Schallgeschwindigkeit erreicht und über ein Bergungs- und ein Telemetriesystem verfügt. Neben dem Ingenieurswissen und dem technischen Verständnis ist vor allem auch der Erfahrungsaustausch zwischen den Teams wichtig. Das Programm wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) umgesetzt.

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• Studentische Experimental Raketen (STERN)

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Quelle: DLR 22. Februar 2023.

22. Februar 2023 – Kitas, Horte und Grundschulen in Deutschland sind eingeladen, unter dem Motto „Abenteuer Weltall – komm mit!“ am 13. Juni den „Tag der kleinen Forscher“ zu feiern. Dazu hat die Stiftung „Haus der kleinen Forscher“ mit Unterstützung durch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Material mit Forschungsideen und kindgerechtem Wissen rund um das Thema Weltall zusammengestellt. Erzieherinnen und Erzieher sowie Grundschullehrkräfte können das Material über einen Link kostenfrei beziehen.

Ein besonderes Highlight ist eine Mal-Aktion: Die jungen Forschenden gestalten ihr eigenes Missionslogo für eine echte Forschungsrakete des DLR. Also an die Stifte, fertig, los! Die Teilnahme ist bis zum 15. April 2023 möglich. Weitere Informationen gibt es unter www.tag-der-kleinen-forscher.de/mitforschen/mal-aktion. Der Flug aller eingegangenen Missionslogos ins All mit einer MAPHEUS-Rakete ist für Mai geplant.

„Missionslogos zeigen oft auf einen Blick die Ziele einer Raumfahrtmission. Bei dieser spannenden Mal-Aktion entsteht die Mission in den Köpfen der Kinder. Der Kreativität sind also keine Grenzen gesetzt“, erklärt Dr. Christoph Pawek, Vorstandsbeauftragter für Nachwuchsförderung im DLR.

Von der Erde bis zum Mars
„Sobald es draußen dunkel wird, suchen Kinder oft den Mond am Himmel. Dann fragen sie sich: Warum ist der Mond mal hell erleuchtet und riesengroß, mal nur halb und manchmal überhaupt nicht am Himmel zu sehen?“, sagt Michael Fritz, Vorstandsvorsitzender der Stiftung Haus der kleinen Forscher. „Ich lade alle Kitas, Horte und Grundschulen ein, diesen Fragen auf den Grund zu gehen, gemeinsam zu philosophieren und das Abenteuer Weltall zu erleben.“

Die Aktionsmaterialien für eine entdeckungsreiche Reise Richtung Mars werden in diesem Jahr vom „Wissenschaftsjahr 2023 – Unser Universum“ gefördert. Der Tag der kleinen Forscher ist ein bundesweiter Mitmachtag. Er widmet sich jedes Jahr einem Thema rund um Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technik (MINT) und Nachhaltigkeit.

Über MAPHEUS
Das MAPHEUS-Höhenforschungsprogramm (Materialphysikalische Experimente unter Schwerelosigkeit) wird bereits seit mehr als zehn Jahren durchgeführt. Der jährliche Flug, vorbereitet und durchgeführt durch die Abteilung Mobile Raketenbasis (MORABA) der DLR-Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining, ermöglicht den Wissenschaftlern einen unabhängigen und regelmäßigen Zugang zu Experimenten in Schwerelosigkeit. Dabei gehen in diesem Programm Fortschritte in Messtechniken und die Realisierung hochentwickelter Flughardware Hand in Hand. Experimentschwerpunkte sind der Einfluss der Schwerelosigkeit auf biologische Systeme sowie Untersuchungen materialphysikalischer Prozesse mit Hilfe von Mikrogravitationsbedingungen.

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• Terminvorschau auf Veranstaltungen

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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: 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: MBDA Deutschland 19. Oktober 2022.

Aschau am Inn | 19. Oktober 2022 | Besonders leistungsfähige Raketenantriebe des Typs „RED KITE“ (Roter Milan) sollen der Forschung im Weltraum neue Perspektiven eröffnen – dieses Ziel steht hinter der aktuellen Kooperation zur Antriebsentwicklung und -produktion zwischen dem DLR und der Bayern-Chemie. Wie deren Repräsentanten im Rahmen einer gemeinsamen Informationsveranstaltung am Standort der Bayern-Chemie in Aschau am Inn erläuterten, bieten die neuen Antriebe wichtigen Bereichen aus Wissenschaft und Technik zusätzliche Forschungspotenziale und können so der raketenbasierten europäischen Forschungsarbeit im All insgesamt neue Impulse verleihen. Die zuständige Abteilung MORABA (Mobile Raketenbasis) des DLR entspricht damit einer steigenden Nachfrage der nationalen und internationalen Forschergemeinschaft für derartige Forschungsprojekte.

Ein so genanntes „Dual Thrust“- Profil erlaubt „RED KITE“-Antrieben hohe Beschleunigungswerte unmittelbar nach Abschuss, die etwa beim Zehnfachen der Erdbeschleunigung liegen und im weiteren Flugverlauf abfallen, wodurch aerodynamische Verluste minimiert werden. Damit eignet sich der „RED KITE“-Motor insbesondere auch als Boosterstufe für viele andere Raketen aus dem Portfolio der MORABA. Die Antriebe des DLR stammen teils aus militärischen Altbeständen, teils aus ziviler Fertigung. In Verbindung mit „RED KITE“ stehen der nationalen und internationalen Forschergemeinde damit in Zukunft leistungsfähige zweistufige Höhenforschungsraketen zur Verfügung.

Durch „RED KITE“- Antriebe können eine große Bandbreite möglicher Missionen und Trajektorien bedient werden. Für die Forschung unter Schwerelosigkeit ermöglichen steile Flugbahnen mit „RED KITE“ Raketenmotoren aussagekräftige Experimente außerhalb der Atmosphäre und ohne störende Beschleunigungskräfte von bis zu 7 Minuten Dauer. Ohne den störenden Einfluss der Schwerkraft können beispielsweise materialphysikalische Phänomene deutlich zielgerichteter untersucht werden. Die Forschung in den Bereichen Wiedereintritts- und Hyperschalltechnologien dagegen profitiert von flachen Trajektorien, die ihren Nutzlasten eine minutenlange Exposition in der Stratosphäre bei Geschwindigkeiten bis Mach 8 ermöglichen.

Rainer Kirchhartz, Leiter der MORABA, betont das Potenzial des neuen Antriebs: „Mit RED KITE haben wir für die Forschungsmissionen der wissenschaftlichen Gemeinschaft einen speziell an den Zielsetzungen und Bedürfnissen orientierten Antrieb zur Verfügung. Die gesteigerte Leistungsfähigkeit bietet unserer Forschungsarbeit neue Potenziale, insbesondere für die Mikrogravitationsforschung in allen wissenschaftlichen Disziplinen. Für die Forschungsziele der Atmosphärenphysik, der Hyperschallforschung und der Technologieerprobung stehen nun erweiterte Nutzlastkapazitäten und Forschungsmöglichkeiten zur Verfügung. Forschungsraketen, die auf „RED KITE“ Raketenmotoren als Unter- sowie Oberstufe basieren, können Nutzlasten von mehr als 450 kg in Höhen von bis zu 260 km bringen. Diese neuen Raketenmotoren eignen sich außerdem als ideale Stufungspartner für andere Raketenstufen aus militärischen Beständen.“ Dr. Wolfgang Rieck, Geschäftsführer der Bayern-Chemie, ergänzt: „Die Höhenforschung ist ein extrem spannendes neues Anwendungsfeld für unsere Antriebstechnologien. Wir freuen uns, zukünftigen DLR-Forschungsmissionen unter Quasi-Schwerelosigkeit mit unseren „RED KITE“-Antrieben neue Möglichkeiten zu eröffnen. Und auch das macht uns stolz: Mit über 900 Kilogramm Treibstoff werden die Feststoffraketenmotoren des Typs „RED KITE“ die größten jemals von der Bayern-Chemie entwickelten und gebauten Antriebe sein.“

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• DLR

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Quelle: DLR 28. Juni 2022.

28. Juni 2022 – Wiederverwendbare Trägersysteme sind bei der Rückkehr zur Erdoberfläche hohen Belastungen und Temperaturen ausgesetzt. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) testete nun erfolgreich Bauteilstrukturen, Messmethoden und Auswertealgorithmen für die Wiedereintrittsphase mit dem Flugexperiment STORT (Schlüsseltechnologien für hochenergetische Rückkehrflüge von Trägerstufen). Am frühen Morgen des 26. Juni 2022 startete das dreistufige Raketenexperiment vom Startplatz Andøya Space im Norden Norwegens. Die Oberstufe erreichte auf dem Scheitelpunkt der Flugbahn in 38 Kilometern Höhe eine Fluggeschwindigkeit von rund 9.000 Kilometern pro Stunde, was einer Machzahl von über Acht entspricht. Anschließend fiel sie mehr als 350 Kilometer entfernt vom Startpunkt in den Atlantischen Ozean. Die umfangreichen Messdaten wurden während des Fluges an die Bodenstation übertragen.

„Um höhere Fluggeschwindigkeiten zu erreichen, haben wir erstmals eine DLR-Höhenforschungsrakete mit drei statt zwei Raketenstufen eingesetzt“, erklärt Dorian Hargarten vom DLR-Institut für Raumflugbetrieb und Astronautentraining. „Zusätzlich flog die dritte Stufe mit den verschiedenen wissenschaftlichen Nutzlasten eine besonders flache Flugbahn in 38 Kilometern Höhe bei Machzahlen bis acht. Hierbei wurden – analog zur Hitzeentwicklung beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre – verschiede Hochtemperaturexperimente bei den zu untersuchenden hohen Wärmelasten durchgeführt“, so Hargarten weiter.

Keramische Segmente und Vorflügel im Test
Entscheidend bei der Hitzeentwicklung in der Wiedereintrittsphase sind Materialien, die den hohen Thermallasten ausreichend widerstehen und diese abführen. Ebenso sind robuste Wärmesensoren essentiell, die die Temperaturentwicklung genau im Blick behalten. „Bei STORT besteht der Vorkörper der dritten Raketenstufe aus fünf keramischen Segmenten“, erklärt der Leiter des STORT-Projekts Prof. Ali Gülhan vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik. „Entlang der vier longitudinalen Linien haben wir den Vorkörper alle 90 Grad mit zahlreichen Wärmeflusssensoren, Thermoelementen und Drucksensoren ausgestattet und sind nun sehr gespannt auf die Datenauswertung.“

Für die Durchführung der Thermalmanagement-Experimente nutzten die Forscherinnen und Forscher an der Rakete drei feste Vorflügel (Canards) mit keramischen Außenschalen, die vom DLR-Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie entwickelt wurden. Während ein Canard aktiv gekühlt wurde, war der zweite Canard passiv gekühlt. Der dritte Referenz-Canard (ohne Kühlung) wurde zusätzlich für die Untersuchung der Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkung genutzt. Alle drei Canards zeigten im Flug unterschiedliche Strukturantworten bei gleicher Belastung durch die Hitze.

Ein modulares und verteiltes Datenerfassungssystem erlaubte die effiziente Aufzeichnung von Daten aus den unterschiedlichen Experimenten. Bereits im Vorgängerprojekt ATEK wurde zur Gewichtsreduktion der zylindrischen Nutzlastsegmente ein Standardmodul aus Aluminiumlegierungen durch ein Hybridmodul ersetzt, welches aus einer CFK-Struktur mit metallischen Flanschen besteht. Im STORT-Projekt testeten die Forschenden nun ein noch einmal deutlich leichteres und komplett aus CFK bestehenden Modul.

Neben dem DLR ist die TU München durch die Fertigung des CFK-Moduls am Flugexperiment STORT beteiligt. Ein weiterer internationaler Partner ist die Universität Arizona, die Simulationen für das Experiment ‚Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkung‘ auf dem Canard durchgeführt hat. Die Planung und Durchführung der Mission lag in der Verantwortung der Abteilung Mobile Raketenbasis (MORABA) des DLR-Instituts für Raumflugbetrieb und Astronautentraining. Der Vorkörper wurde vom DLR-Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie ausgelegt und gefertigt. Aerothermale Auslegung, aktives Thermalmanagement, Instrumentierung der Nutzlasten und deren modulare Datenerfassung hat das DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik eingebracht, welches gleichzeitig die Projektleitung innehat.

Über das Projekt STORT
Das jetzt erfolgreich durchgeführte Flugexperiment ist ein Element des STORT-Forschungsprojektes. Das Projekt ist Bestandteil des DLR Teilprogrammschwerpunktes ‚Wiederverwendbare Raumtransportsysteme‘. Es hat zum Ziel, ausgewählte Technologien und Methoden im Hinblick auf thermomechanische Analyse und Bewertung von Trägersystemen zu entwickeln. Dafür werden die Bauteilstrukturen, Messmethoden und Auswertealgorithmen, die in Grundlagenuntersuchungen entwickelt wurden, für ein Flugexperiment angepasst und schließlich mit dem Flug qualifiziert. Die Flugdaten liefern ergänzend zu den Bodenexperimenten Validierungsdaten für physikalische Modellierungen, numerische Simulationen sowie die Systemanalyse und ermöglichen dadurch eine zuverlässige Auslegung und Bewertung von zukünftigen Trägersystemen. Die weiteren im Projekt beteiligten Einrichtungen sind das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme, das DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik sowie das DLR-Institut für Softwaretechnologie.

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• Höhenforschungsraketen

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Quelle: DLR.

2. Februar 2022 – Für einen Moment steht die Zeit für das Projektteam des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefühlt still. Eine Analyse der empfangenen Daten schafft die ersehnte Gewissheit: Zum ersten Mal gelingt die vollständige und fehlerfreie Kommandierung des Erdbeobachtungssatelliten BIROS durch ein neu entwickeltes mobiles Kontrollsystem V3C.

„Die erfolgreiche Technologiedemonstration bildet ein strategisches Element für den Forschungsbereich Responsive Space mit neuen Optionen für einen agilen und resilienten Satellitenbetrieb. Ich beglückwünsche das Projektteam zu diesem hervorragenden Erfolg und bedanke mich für die tolle Arbeit der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler“, so Dr. Dirk Zimper, Programmkoordinator für Sicherheitsforschung.

V3C steht für „Verlegefähiges Compact Control Center“ und ist ein auf einem handelsüblichen Laptop integriertes Missionskontrollsystem. Das System arbeitet völlig autark und ist auf keine weitere Infrastruktur außer einer Antenne angewiesen. Es besteht aus mehreren Systemen für Missionsplanung, -monitoring und -kontrolle sowie Flugdynamik und einem Nutzlastdatenprozessor und deckt damit alle typischen Kontrollzentrumsaufgaben ab. Die Technologiebasis wurde in der DLR-Einrichtung für Raumflugbetrieb und Astronautentraining entwickelt. In enger Zusammenarbeit mit dem Kompetenzzentrum für Reaktionsschnelle Satellitenverbringung (RS) wurde die Technologie nun in eine Demonstration überführt und es sollen noch weitere folgen, um den Reifegrad des Systems zu steigern.

„Mit dem V3C kann eine erhöhte Sicherheit für den Satellitenbetrieb erreicht werden, da hier im Notfall ein dezentraler Betrieb möglich ist“, so Prof. Felix Huber, Direktor der Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining.

Die Technologiedemonstration wurde durchgeführt im Kontrollraum des Deutschen Raumfahrtkontrollzentrums (GSOC), jedoch ohne Rückgriff auf die dort vorhandene Infrastruktur. Das auf diese Infrastruktur angewiesene BIROS-Missionskontrollsystem, mit dem der Satellit seit seinem Start betrieben wird, verblieb die ganze Demonstration über im Standby-Betrieb, um im Fehlerfall wieder schnell übernehmen zu können. Dieser Fall trat jedoch nicht ein.

Die Auswahl der Erdbeobachtungsmöglichkeit und der Uplink über eine Antenne in Weilheim zum Satelliten erfolgte am 14. Dezember. Aus mehreren Aufnahmemöglichkeiten wurde ein Ort in New Mexico, USA ausgewählt. Der Uplink der generierten Kommandolisten fand im ersten geplanten Kontakt über Weilheim um 08:07 Uhr (MEZ) statt. Die Aufnahmen wurden zeitgesteuert um 17:09 Uhr (MEZ) durch den Satelliten durchgeführt.

Am folgenden Tag, dem 15. Dezember 2021, wurde im ersten Kontakt über Weilheim um 08:47 Uhr (MEZ) die erfolgreiche Durchführung der Aufnahmen bestätigt sowie erste Bilder auf den Laptop heruntergeladen, prozessiert und angezeigt. Bei allen Kontakten über Weilheim wurde der Zustand des Satelliten kontrolliert sowie die für die Bahnbestimmung nötige Telemetrie extrahiert. Das Ziel der Technologiedemonstration, den gesamten Prozess vom Aufnahmewunsch über die Satellitenkommandierung bis zur Wiedergabe eines Bildes auf dem Laptop durchzuführen, wurde somit uneingeschränkt erreicht.

Als nächste Schritte sind eine weitere Demonstration außerhalb des GSOC geplant, um die Autarkie und Mobilität des Systems nochmals unter Beweis zu stellen. Auch ein weiterer Ausbau der Automatisierungsfunktionen für einen vereinfachten Routinebetrieb durch einen Operator sowie eine mögliche Kooperation mit der MORABA (MObile RAketenBAsis) zur Integration einer mobilen Satelliten-Antenne sind geplant.

Konkrete Einsatzmöglichkeiten von V3C sind Szenarien, bei denen eine zentrale Planung nicht (mehr) möglich ist. Dazu zählen beispielsweise Einsätze bei der Katastrophenhilfe oder im Verteidigungsbereich, wo V3C wichtige Aufklärungsdaten direkt im Feld bereitstellen kann. In diesem Zusammenhang stellt V3C einen wichtigen Baustein im Bodensegments-Kontext von Responsive Space dar.

Das Projekt wurde finanziert durch Mittel der Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining sowie durch das Kompetenzzentrum für Reaktionsschnelle Satellitenverbringung (RS) mit Mitteln des BMVg im Rahmen der Wehrtechnischen Forschungsaufgabe “Responsive Space”.

BIROS:
BIROS (Bispectral InfraRed Optical System) ist ein circa 140 Kilogramm schwerer Kleinsatellit des DLR, der im niedrigen polaren Erdorbit auf einer Höhe von ca. 510 Kilometern kreist. Zusammen mit dem Satelliten TET-1 war BIROS ein Teil der FireBird-Mission zur Waldbrandfrüherkennung und Feuerbeobachtung. Der Satellit ist am 22. Juni 2016 gestartet, sein offizielles Missionsende war am 31. Dezember 2020. Seitdem wird BIROS in Technologiedemonstrationsexperimenten verwendet.

Responsive Space:
Die Nutzung von Navigationssystemen beim Autofahren, sekundengenaue Kursbuchungen im Aktienhandel, das fast zentimetergenaue Lotsen riesiger Containerschiffe – all das wäre ohne weltraumgestützte Dienste undenkbar. Umso mehr trifft dies auf den militärischen Bereich zu: Die Einsatzfähigkeit von Streitkräften hängt unmittelbar von der Zuverlässigkeit weltraumgestützter Anwendungen ab. Der Weltraum ist zum Operationsraum geworden, und damit zu einer kritischen Infrastruktur. Um diese zu erhalten oder zu erweitern bedarf es der technischen Fähigkeit, innerhalb weniger Tage oder gar Stunden neue Satelliten in die Umlaufbahn zu verbringen. Im internationalen militärischen Kontext wird dies „Responsive Space Capability“ genannt.

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• DLR

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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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Quelle: DLR.

Das deutsch-schwedische REXUS/BEXUS-Programm (Rocket and Balloon Experiments for University Students) geht in die nächste Runde: Ab sofort können sich Studierende von deutschen Hochschulen mit ihren Experimentideen für wissenschaftliche Untersuchungen auf Forschungsraketen und -ballonen bewerben. „Das Programm richtet sich an Studierende aus den Natur- oder Ingenieurwissenschaften mit einer tollen Idee für ihr eigenes Weltraumexperiment“, so REXUS/BEXUS-Programmleiter Dr. Michael Becker vom Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Höhepunkt des Programms ist der Start des Experiments auf einem Stratosphärenballon (BEXUS) oder einer Höhenforschungsrakete (REXUS) vom Raumfahrtzentrum Esrange bei Kiruna in Nordschweden.

Anmeldefrist bis zum 13. Oktober 2020
Bis zum 13. Oktober 2020 können sich Studierende beim DLR um die Teilnahme am REXUS/BEXUS-Programm bewerben. Gesucht werden Experimentideen aus verschiedenen Disziplinen, wie etwa der Satellitenkommunikation, der Forschung unter Weltraumbedingungen, oder der Atmosphärenphysik. Die ausgewählten Teams erhalten eine Einladung zur Trainingswoche und werden dort die anderen europäischen Teams, sowie das technische und organisatorische Umfeld für Raketen- und Ballonflüge kennenlernen.

Während des Programms durchlaufen die Teilnehmer den kompletten Zyklus eines Raumfahrtprojekts, also Entwurf, Bau und Test der Experimente. „Viele Studierende nutzen die Teilnahme am REXUS/BEXUS-Programm für ihre Bachelor-, Master- oder Doktorarbeit“, berichtet Dr. Becker. „Die praktischen Erfahrungen, die sie dabei sammeln können, sind eine gute Vorbereitung und helfen beim Einstieg in das spätere Berufsleben.“ Im Verlauf der maximal anderthalbjährigen Projektphase werden die Teams von REXUS/BEXUS-Ingenieuren betreut und unterstützt.

Informationen zur Bewerbung sowie die Formulare für Anmeldung und Experimentvorschlag sind auf der REXUS/BEXUS-Webseite des DLR Raumfahrtmanagements und auf der REXUS/BEXUS-Projektwebseite zu finden.

Das REXUS/BEXUS-Programm
Das deutsch-schwedische Programm REXUS/BEXUS ermöglicht Studierenden, eigene praktische Erfahrungen bei der Vorbereitung und Durchführung von Raumfahrtprojekten zu gewinnen. 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 Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (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 des Esrange Space Centers des schwedischen Raumfahrtunternehmens SSC, das über die Startinfrastruktur verfügt. Die Programmleitung liegt beim DLR Raumfahrtmanagement in Bonn.

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• Hoehenforschungsraketen

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Quelle: OHB SE Bremen.

Ob ihr Experiment weltraumtauglich ist, können Wissenschaftler seit mehr als vier Jahrzehnten durch TEXUS-Missionen klären. Die OHB System AG, ein Tochterunternehmen des börsennotierten Raumfahrt- und Technologiekonzerns OHB SE, ist seit dem Programmstart maßgeblich beteiligt. Eine unbemannte TEXUS-Rakete absolvierte am 15. November 2019 von Nordschweden aus ihre wissenschaftliche Mission im All.

Um 10:35 Uhr Ortszeit hob TEXUS-56 vom ESRANGE Space Center (ESC) bei Kiruna ab und erreichte eine Höhe von 266 Kilometern. An Bord herrschte während des parabelgleichen Flugs für 6 Minuten Schwerelosigkeit. Da die an Bord der Rakete mitgeführten wissenschaftlichen Versuche und Technologieerprobungen nur in dieser Zeitspanne unter Weltraumbedingungen durchgeführt werden können, muss alles reibungslos funktionieren.

OHB-Team vor Ort
„Damit die Experimentatoren während der Freiflugphase ihre Daten erhalten und per Telekommando auf ihr Experiment einwirken können, stellen wir im Zusammenwirken mit den Bodenstationen die erforderlichen Systeme an Bord und Boden bereit. Bei TEXUS-56 wurde ein neuartiges, Ethernet-basierendes Übertragungssystem getestet, das in den Folgemissionen die Kommunikationsmöglichkeiten mit den Experimenten deutlich erweitern und erleichtern soll“, erklärt Horst Pfeuffer, Projektleiter TEXUS bei der OHB System AG. Pfeuffer und sein Team haben wie bei den früheren TEXUS-Missionen die Integration der Experimente an Bord der Forschungsrakete verantwortet. Sie waren ebenfalls wieder für die Servicesysteme zuständig, die aus einem Service Modul (mit Einheiten der Telemetrie, Telekommando, TV-Bildübertragung, der Nutzlastbewegungskontrolle und µg-Messungen) und einem Bergungssystem bestehen, sowie dem „Ethernet for TEXUS“ (E4T) besteht. Das OHB-Servicesystem lieferte zuverlässig Positionsdaten, so dass die per Fallschirm zur Erde zurück gekommene Nutzlast mit den Experimentmodulen rasch lokalisiert und geborgen werden konnte. Die Experimentatoren hatten somit den erhofften schnellen Zugang zu ihren Experimenten.

Drei Experimente
Für diese Mission wurden drei Experimente an Bord der Forschungsrakete akkommodiert: Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wählte mit InSituKris ein Experiment der Universität Freiburg aus, das schon zweimal „Weltraumluft schnuppern“ durfte und sich mit der In-situ Beobachtung von Fremdphasenpartikeln in Fluiden und ihrer Interaktion mit der Kristallfront beschäftigt. Die ESA war mit zwei neuen Experimentmodulen beteiligt: Die McGill University of Montreal war mit PERWAVES (Percolating Reactive Waves in Particulate Suspensions) an Bord, die TU Braunschweig mit dem Fallturm-erfahrenen Experiment ICAPS (Interactions in Cosmic and Atmospheric Particle Systems).

Nomen est omen
„Technologische Experimente unter Schwerelosigkeit“ lautet der komplette Name des nationalen Forschungsprogramms, das 1976 ins Leben gerufen wurde. Auftraggeber für die jetzige Mission ist die Europäische Weltraumorganisation ESA. OHB führt die Arbeiten gemeinsam mit der Mobilen Raketenbasis des DLR (MORABA) im Unterauftrag von Airbus Defence and Space, Bremen, durch.

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• OHB-System

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Quelle: DLR.

Am 13. Juni 2019 um 4:21 Uhr wurde die Stille im Norden Schwedens von dröhnenden Raketentriebwerken unterbrochen. Die Mission ATEK (Antriebstechnologien und Komponenten für Trägersysteme) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) beförderte Health-Monitoring-Systeme für kritische Trägerkomponenten, eine Hybridgehäusestruktur und eine MAPHEUS-8 Nutzlast aus verschiedenen biologischen und materialwissenschaftlichen Experimenten in eine Höhe von rund 240 Kilometern. Nach ungefähr sechs Minuten in der Schwerelosigkeit kehrten die instrumentierte Rakete und die Nutzlast per Fallschirm zurück zur Erde, wo sie von den Wissenschaftlern zur Auswertung der Experimente geborgen wurden.

Die Forschungsraketenmission MAPHEUS des DLR startete bereits zum achten Mal von der Raketenbasis ESRANGE, nahe der lappländischen Stadt Kiruna. Während der im Vergleich zu anderen Raumfahrtmissionen relativ kurzen Zeit in der Schwerelosigkeit, konnten die Wissenschaftler wertvolle Informationen zum Verhalten von Materialien und biologischen Proben gewinnen, die als Basis für weitere Forschungen dienen.

Vielfältige Experimente an Bord
Drei Health-Monitoring-Systeme erfassten vom Start der zwölf Meter hohen und mehr als zweieinhalb Tonnen schweren Rakete bis zur Trennung der zweiten Stufe die aerothermalen und mechanischen Lasten auf Motoradapter, Finnen, Tailcan und Düse. Das autonome, modulare und impact-geschütze Datenerfassungssystem erlaubte es, die Lasten und Strukturantworten der zweiten Motorenstufe auch in der unkontrollierten Abstiegsflugphase zu messen sowie das Verhalten der mit einem neuen Verfahren hergestellten Hybridgehäusestruktur entlang des gesamten Fluges mit einer Dauer von rund acht Minuten zu überwachen.

Die Bandbreite der MAPHEUS-8 Experimente reicht von der Strahlenbiologie, über das Verhalten kolloidaler Systeme und granularer Materie in der Schwerelosigkeit bis hin zur Untersuchung von Zellen und Hefekulturen. Die Forscher testen unter anderem, ob Hefe in der Schwerelosigkeit das für Menschen wichtige Vitamin B12 bilden kann und damit für die Ernährung in der Raumfahrt hilfreich ist. Weitere Schwerpunkte liegen in der Untersuchung des Erstarrungsverhaltens von metallischen Legierungen sowie der Bewegung von Bakterien und Orientierung von Pantoffeltierchen, die als „schwimmende Nervenzellen“ der neuronalen Forschung dienen. Zusätzlich leistet die Forschungsmission die Erprobung und Weiterentwicklung von Messtechnologien für Weltraumexperimente.

Neben den Kölner DLR-Instituten für Materialphysik im Weltraum, Luft- und Raumfahrtmedizin sowie dem DLR-Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) sind die Universitäten Konstanz, Stuttgart Hohenheim, die TU München sowie das Landauer Bierprojekt und der Weincampus Neustadt an den MAPHEUS-8 Experimenten beteiligt.

Über ATEK
Das ATEK-Forschungsprojekt ist ein Bestandteil des DLR-Teilprogrammschwerpunktes ‚Wiederverwendbare Raumtransportsysteme‘ mit dem Ziel ausgewählte Technologien und Methoden im Hinblick auf thermomechanische Analyse und Bewertung von Trägersystemen zu entwickeln. Dafür sollen die Strukturen, Messmethoden und Auswertealgorithmen, die in Grundlagenuntersuchungen entwickelt werden, für ein Flugexperiment angepasst und schließlich mit dem Flug qualifiziert werden. Die Flugdaten sollen ergänzend zu den Bodenexperimenten Validierungsdaten für physikalische Modellierungen, numerische Simulationen und Systemanalyse liefern und dadurch eine zuverlässige Auslegung und Bewertung von zukünftigen Trägersystemen ermöglichen.

Über MAPHEUS
Das MAPHEUS-Höhenforschungsprogramm (Materialphysikalische Experimente unter Schwerelosigkeit) wird bereits seit elf Jahren durchgeführt. Der jährliche Flug, vorbereitet und durchgeführt durch die Abteilung Mobile Raketenbasis (MORABA) des DLR, ermöglicht den Wissenschaftlern einen unabhängigen und regelmäßigen Zugang zu Experimenten in Schwerelosigkeit. Dabei gehen in diesem Programm Fortschritte in Messtechniken und die Realisierung hochentwickelter Flughardware Hand in Hand mit richtungsweisenden Experimenten im Bereich der Eigenschaften metallischer Flüssigkeiten und deren Erstarrung sowie der Dynamik sogenannter ungeordneter physikalischer Systeme und der Schwerkraftwahrnehmung biologischer Systeme.

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