Quelle: JLU/THM 30. Juli 2024.

30. Juli 2024 – Nachhaltige Raumfahrt – wie geht das? Daran forschen Studierende der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) und der Technischen Hochschule Mittelhessen (THM). Ihr gemeinsames Projekt, eine neuartige Hybridrakete zu konstruieren, wird jetzt für ein halbes Jahr mit dem „Hessen Ideen Stipendium“ gefördert.
Hybridraketen, die bereits existieren, werden mit flüssigem und festem Brennstoff betrieben und nutzen sogenannte Turbopumpen oder Druckbehälter. Das achtköpfige Team Gießener Studierender mit dem Namen „HybridLaunch“ hat ein neues Pumpsystem entwickelt, das Hybridraketen deutlich leichter und damit auch effizienter machen könnte.

„Das Thema Nachhaltigkeit ist uns bei Raketen wichtig, weil die Raumfahrt eine Industrie ist, die aktuell sehr schnell wächst. Und wenn wir jetzt frühzeitig Alternativen zu schadstoffreichen Raketen anbieten, können wir in der Zukunft viel Umweltverschmutzung vermeiden“, erklärt Alex Daniel Stamm, der Physik und Technologie für Raumfahrtanwendungen im Master als Kooperationsstudiengang beider Gießener Hochschulen studiert.

2022 begann das hochschulübergreifende Team mit dem ersten gemeinsamen Projekt: Es startete einen Stratosphärenballon. Seitdem arbeiten die Studierenden zusammen und entwickelten die Idee, ein neuartiges Triebwerk für Raketen zu konstruieren. Die Bauteile für ihren ersten kleinen Prototyp fertigten sie selbst im Makerspace am THM-Standort Friedberg. Im vergangenen Oktober haben sie das Mini-Triebwerk erfolgreich getestet.

Mit ihrer Idee überzeugten die Studierenden physikalisch-technischer Studiengänge an der JLU und des Maschinenbaus an der THM im Wettbewerb um das „Hessen Ideen Stipendium“. Seit 1. Juli erhalten Fiene Bremer, Stephanie Käs, Anna Komjagin, Nico Krug, Nikolas Michel, Paul Silas Moos, Mathis Reuß-Hennschen und Alex Daniel Stamm für ihr Projekt monatlich monetäre Unterstützung sowie ein begleitendes sogenanntes Akzeleratorprogramm, in dem sie intensiv bei der Entwicklung ihres Geschäftsmodells begleitet werden. Die Förderung beträgt bis zum 31. Dezember 2024 für drei Studierende jeweils 1000 Euro pro Monat.
Insgesamt 13 Gründungsteams aus zehn hessischen Hochschulen erhalten diese Förderung aktuell. „Hessen Ideen“ ist eine Initiative des Landes Hessen, der hessischen Hochschulen und hessischer Unternehmen. Die Initiative wird von UniKasselTransfer an der Universität Kassel in Kooperation mit HIGHEST von der Technischen Universität Darmstadt koordiniert. Das Land Hessen unterstützt die Initiative „Hessen Ideen“ im Rahmen des Hessischen Hochschulpaktes bis 2025 mit 5,4 Millionen Euro.

Die nächste Förderrunde beginnt am 1. Januar 2025. Bewerbungsschluss dafür ist der 25. September 2024. Interessierte erhalten weitere Informationen dazu online unter hessen-ideen.de/hochschulen oder direkt in der Gründungsberatung ihrer Hochschule.

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• Höhenforschungsraketen

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Quelle: Justus-Liebig-Universität Gießen 11. April 2024.

11. April 2024 – Die Erde wird fortlaufend von Neutrinos – sehr leichten Teilchen, die im Kosmos, in der Sonne, aber auch in unserer Atmosphäre erzeugt werden – bombardiert. Allein von der Sonne kommen 70 Milliarden Neutrinos pro Quadratzentimeter und Sekunde auf der Erde an. Dass sie keinen größeren Schaden anrichten, liegt an der extrem niedrigen Wahrscheinlichkeit, mit anderen Teilchen zu kollidieren: Neutrinos durchdringen die Erde nahezu wechselwirkungsfrei. Physikerinnen und Physiker interessieren sich für diese sehr geringen Wechselwirkungen, denn sie können Informationen über das Verhalten von Materie zu Antimaterie und über die Eigenschaften der Neutrinos liefern.

Gezielte Experimente in Japan und in den USA sollen Erkenntnisse zu diesen Fragen bringen. Dabei können Neutrinos auf der Erde unter kontrollierten Bedingungen erzeugt werden. So soll zum Beispiel in einem Beschleuniger am Fermilab bei Chicago (USA) ein Neutrino-Strahl erzeugt werden, der über eine Distanz von 1.300 Kilometern die Erde durchdringen und schließlich in großen Detektoren tief unter der Erde in einer ehemaligen Goldmine in Süd-Dakota nachgewiesen werden soll.

Der Neutrino-Strahl in dem sogenannten DUNE-Experiment, das 2030 anlaufen soll, hat viele verschiedene Energien, weil Neutrinos keine elektrische Ladung haben und deshalb nicht nach ihrer Energie unterschieden werden können. Für die Ergebnisse muss die genaue Energie der Neutrinos aber bekannt sein. Diese Information kann nur indirekt gewonnen werden, indem der Endzustand der Reaktion beobachtet wird. Hier setzt ein Forschungsprojekt am Institut für Theoretische Physik der JLU an. Seit etwa 20 Jahren entwickelt eine Arbeitsgruppe dort den Ereignisgenerator GiBUU (Giessen-Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck Project). Ereignisgeneratoren erzeugen zufällig simulierte Ereignisse der Hochenergie-Teilchenphysik, wie sie in Teilchenbeschleunigern, Collider-Experimenten oder im frühen Universum auftreten.

Das Gießener Forschungsteam um Prof. Dr. Ulrich Mosel und Dr. Kai Gallmeister hat mit GiBUU eine Fülle von möglichen Reaktionen der Neutrinos mit dem Detektormaterial beschrieben und simuliert. Der Endzustand der Reaktion mit vielen auslaufenden Teilchen wird so in Abhängigkeit von der Energie des einlaufenden Neutrinos berechnet. Durch Vergleich mit dem Experiment kann dann die Neutrino-Energie „zurückgerechnet“ werden.

Bereits jetzt laufen Vorläufer-Experimente für DUNE am Fermilab. Die dort schon gewonnenen Daten sind nun mit Berechnungen von GiBUU verglichen worden. Die schon durchgeführten Analysen der experimentellen Gruppen deuten darauf hin, dass GiBUU allen anderen Ansätzen in der Beschreibung der Daten überlegen ist.

Originalpublikation
U. Mosel and K. Gallmeister: Lepton-induced reactions on nuclei in a wide kinematical regime, Phys. Rev. D 109, 033008 – Published 20 February 2024
DOI: 10.1103/PhysRevD.109.033008
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.109.033008

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• Neutrinos

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Quelle: FCMH / Universität Gießen 24. Oktober 2023.

Gießen, 24. Oktober 2023 – Ein bemannter Flug zum Mars oder andere ehrgeizige Raumfahrtmissionen werden durch die Möglichkeiten elektrischer Raumfahrtantriebe erleichtert oder technologisch überhaupt erst realisierbar. Die Entwicklung elektrischer Raumfahrtantriebe (Electric Propulsion, EP) schreitet derzeit rasch voran, auch beflügelt durch eine rasante Kommerzialisierung der Raumfahrt. Um den sicheren Betrieb von EP-Systemen im Weltraum zu gewährleisten, ist der Aufbau hochmoderner Instrumente zum Test und zur Qualifizierung solcher EP-Systeme dringend erforderlich. In dem Verbundprojekt „Ref4EP: Referenztriebwerke und Diagnosestandards für elektrische Raumfahrtantriebe für Kleinsatelliten“ unter Federführung der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) soll eine Standard-Testanlage für elektrische Raumfahrtantriebe entwickelt werden, mit denen diese auf der Erde für den Weltraum getestet werden können – eine Art TÜV für diese Antriebe. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) fördert das Verbundprojekt von November 2023 bis April 2025 mit rund 668.000 Euro, von denen rund 344.000 Euro auf das Teilprojekt an der JLU entfallen und rund 35.900 Euro auf das Teilprojekt an der ebenfalls beteiligten Technischen Hochschule Mittelhessen (THM).

Auf Initiative des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat sich für das Verbundprojekt Ref4EP ein Konsortium aus vier Partnern gebildet, die über einschlägige Erfahrungen auf dem Gebiet der Triebwerksdiagnose und der Entwicklung von Ionenquellen verfügen. Neben der JLU und der THM sind dies das Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. (IOM, Leipzig) sowie die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. In dem Verbundprojekt sollen zwei Referenzdiagnostika für die Treibstrahlanalyse entwickelt und mit einer Referenzionenquelle verglichen werden. Die experimentelle Validierung der entwickelten Ionenquelle sowie der Diagnostika wird an verschiedenen Weltraumsimulationsanlagen in Form eines Ringvergleichs erfolgen.

In der Arbeitsgruppe Ionentriebwerke unter Leitung von Prof. Dr. Peter J. Klar am I. Physikalischen Institut der JLU stehen im Rahmen des Teilvorhabens „Entwicklung einer Festkörper-Ionenquelle hoher Energieschärfe zur Etablierung eines Energienormals für Energieanalysatoren“ der Aufbau eines Kalibrierstandes für Energieanalysatoren und die Entwicklung hochgenauer Energiespektrometer im Vordergrund. Dazu wird eine spezielle Ionenquelle auf Basis von Alkali-Aluminiumsilikaten entwickelt, die mittels thermionischer Emission einen Alkali-Ionenstrahl mit hoher Energieschärfe liefert und sich hervorragend für vergleichende Energiemessungen eignet.

Die Arbeitsgruppe Raumfahrtelektronik des Fachbereichs Elektro- und Informationstechnik an der THM bearbeitet das Teilvorhaben „Entwicklung eines Radiofrequenzgenerators für eine Referenz-Ionenquelle“. Dabei soll eine Generatortopologie für die vom Projektpartner IOM entwickelte Referenzionenquelle gebaut werden, die sich durch hohe Qualität, geringe Exemplarstreuung und hohe Zuverlässigkeit auszeichnet, um reproduzierbare Ionenquellenperformance bei allen Projektpartnern – ganz im Sinne einer Standardisierung – zu ermöglichen.

Neben den etablierten Anbietern von EP-Systemen wie ArianeGroup, Sitael, Airbus oder Thales drängen insbesondere im Bereich der Kommunikationssatelliten viele neue Anbieter mit eigenen Produkten auf den Markt. Um den sich schnell entwickelnden Anforderungen der Raumfahrtindustrie im EP-Bereich gerecht zu werden und eine Vergleichbarkeit zwischen EP-Systemen herzustellen, sind Konzepte für Testanlagen zur Qualifizierung und Standardisierung von EP-Systemen erforderlich, wie sie im Rahmen von Ref4EP entwickelt werden. Dabei müssen sich die auf der Erde in Testanlagen ermittelten Leistungs- und Betriebsparameter von EP-Systemen auf den Betrieb unter realen Bedingungen im Weltraum übertragen lassen.

Campus-Schwerpunkt „Raumfahrtanwendungen“
Verschiedenste Fragestellungen im Umfeld elektrischer Raumfahrtantriebe auf Satelliten stehen im Zentrum der gemeinsamen Forschung des Campus-Schwerpunkts „Raumfahrtanwendungen“.

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• Elektrische Antriebe

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Quelle: JLU 31. Januar 2023.

31. Januar 2023 – Ein an der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) entwickelter Teilchendetektor soll an Bord eines Satelliten ins All starten, um die erdnahe kosmische Strahlung zu untersuchen. Der Detektor RUBIK ist am II. Physikalischen Institut entstanden und wird im Rahmen der Kleinsatellitenmission ROMEO die Zählraten und Richtungen der hochenergetischen kosmischen Teilchen in der Erdumlaufbahn genau vermessen. Das Gerät mit den kubischen Detektorelementen (Plastikszintillatoren) erinnert optisch an den berühmten Zauberwürfel, dem er seinen Namen verdankt.

Der Aufbau von RUBIK weicht von konventionellen Konzepten ab, da die Forschenden möglichst viele kommerziell verfügbare Komponenten verwenden wollen. Diese werden mit JLU-Expertise und -Equipment wie etwa den vorhandenen Strahlungsquellen für die Anwendung im All qualifiziert. Von dem Detektor versprechen sich die beteiligten Physiker Dr. Roman Bergert und Dr. Hans-Georg Zaunick aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Kai-Thomas Brinkmann Einblicke in das erdnahe Strahlungsumfeld.

Das Experiment soll Korrelationen zwischen den durch RUBIK detektierten primären Teilchen in der Umlaufbahn und den sekundären Teilchen auf der Erdoberfläche herstellen, die durch die Wechselwirkung der Primärteilchen mit der Erdatmosphäre verursacht werden. Experimente zum Nachweis dieser Teilchenschauer existieren an vielen Orten weltweit. Die Forschenden erwarten durch solch einen erfolgreichen gleichzeitigen Nachweis neue Informationen zur Entstehung und Entwicklung der Teilchenschauer. Zudem sollen die Ergebnisse von RUBIK internationalen Datenbanken zur Verfügung gestellt werden, die als Basis zur Vorhersage und Entwicklung neuer Modelle zum Weltraumwetter dienen.

Die Kleinsatellitenmission ROMEO (Research and Observation in Medium Earth Orbit) der Universität Stuttgart hat als primäres Ziel die Erprobung von neuen Technologien sowie wissenschaftlichen Messungen im mittleren Erdorbit. Die Mission wird in Stuttgart am Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) und unter der Leitung von Prof. Dr. Sabine Klinkner entwickelt und von der DLR Agentur und der DFG gefördert. Der Start des 60 Kilogramm schweren Satelliten ist für 2025 geplant.

Weitere Informationen:
ROMEO-Projekt der Universität Stuttgart
https://www.irs.uni-stuttgart.de/forschung/satellitentechnik/kleinsatellitenprogramm/romeo/

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• CubeSats

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Quelle: Hessische Staatskanzlei 4. November 2022.

4. November 2022 – Hessens Ministerpräsident Boris Rhein will den Raumfahrtstandort Hessen stärken und weiter voranbringen. „Wenn es um den Weltraum geht, denken viele an Science-Fiction. Dabei leistet die Raumfahrt schon jetzt Bedeutendes für unser aller Leben. Bilder aus dem All liefern uns nicht nur wichtige Erkenntnisse zum Zustand unserer Erde, die Satelliten warnen auch vor Extremwetterereignissen, versorgen die Menschen mit schnellem Internet und sorgen dafür, dass wir uns überall auf der Welt zurechtfinden. Wenn wir auf die drängendsten Aufgaben der Zukunft blicken, können wir davon ausgehen, dass die Raumfahrt noch stärker an Bedeutung gewinnen wird“, sagte der Ministerpräsident bei der ersten „Hessen in Space“-Konferenz der Landesregierung am Freitag in Frankfurt und ergänzte: „Wir werden den Raumfahrtstandort Hessen weiter voranbringen. Dabei setzen wir auch darauf, die relevanten Akteure in unserem Land besser zu vernetzen. Der heutige Austausch kann auch für die eigene Arbeit ein wichtiger Impulsgeber sein.“

Wichtige Raumfahrt-Akteure in Hessen beheimatet: ESOC und EUMETSAT
Hessen sei ein bedeutender Raumfahrtstandort, gerade weil mit ESOC (European Space Operations Centre) und EUMETSAT (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites) in Darmstadt gleich zwei wichtige europäische Institutionen im Land beheimatet seien, sagte Rhein weiter. Außerdem seien bedeutende Einrichtungen, Hochschulen und Unternehmen in Hessen angesiedelt, die den Weltraum erforschten und deren Erkenntnisse wichtig für die Entwicklung technischer Innovationen seien. „Wir sind uns über dieses Potenzial in unserem Land sehr bewusst. Mit dem hessischen Raumfahrtkoordinator haben wir einen der renommiertesten Experten als Ansprechpartner in unserem Land. Er hat die Raumfahrtstrategie der Hessischen Landesregierung erarbeitet, die wir aktuell umsetzen“, sagte der Ministerpräsident. Raumfahrtkoordinator Prof. Dr.-Ing. Johann-Dietrich Wörner ist seit dem 1. August 2021 im Amt.

Rund 175 Vertreterinnen und Vertreter der Raumfahrt hatten sich für die erste „Hessen in Space“-Konferenz angemeldet. Sie stammen aus Wissenschaft, Wirtschaft und den öffentlichen Institutionen in Hessen. Darüber hinaus präsentierten sich sieben Einrichtungen auf dem „Markplatz“, darunter die Deutsche Raumfahrtagentur, das Centrum für Satellitennavigation Hessen cesah GmbH, DEV-Systemtechnik und die Universität Gießen.

Gemeinsam mit ESA-Astronaut Dr. Alexander Gerst, dem hessischen Raumfahrtkoordinator Prof. Dr.-Ing. Johann-Dietrich Wörner und dem EUMETSAT-Programmdirektor Cristian Bank diskutierte Ministerpräsident Boris Rhein auf der Konferenz auch über die Potenziale der Branche.

„Ich freue mich, dass in vielen Bundesländern die Wichtigkeit der Raumfahrt erkannt wird. Mit unserem Satellitenkontrollzentrum ESOC in Darmstadt hat die Europäische Weltraumorganisation ESA einen besonderen Bezug zu Hessen. Wir freuen uns darauf, die Zusammenarbeit mit dem Land zu intensivieren und Hessen beim Umsetzen der Raumfahrtstrategie zu unterstützen“, sagte ESA-Astronaut Dr. Alexander Gerst.

Professor Dr. Wörner zeigte sich hoch erfreut über die große Resonanz der Veranstaltung: „Die heutige Konferenz zeigt, dass Hessen wirklich ein sehr beeindruckender Raumfahrtstandort ist – mit Akteuren in nahezu allen Bereichen der Raumfahrt mit einer beeindruckenden Breite an Forschungsthemen, an Angeboten und an Geschäftsmodellen. Wir sind auf dem richtigen Weg und nehmen die uns selbst gegebene Aufgabe ernst, die Hessische Raumfahrtstrategie mit Leben zu füllen.“

„EUTMETSAT integriert innovative Lösungen aus der Weltraumbeobachtung in die tagtägliche Arbeit“, sagte Programmdirektor Bank und fügte hinzu: „Über unsere EUMETSAT-Satellitenprogramme schaffen wir dadurch ständig neue und verbesserte Angebote. Die Daten, die wir bereitstellen, können beispielsweise Bürgerinnen und Bürger in Hessen, Deutschland und Europa vor Extremwetterereignissen warnen und liefern wichtige Erkenntnisse, wie wir dem Klimawandel begegnen können. Wir sind mit der Hessischen Landesregierung stetig im Austausch und freuen uns sehr, dass die Branche im Blickpunkt ist.“

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• Raumfahrt-Politik in Deutschland

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Quelle: Justus-Liebig-Universität Gießen 12. Mai 2022.

12. Mai 2022 – Obwohl mittlerweile ein deutlich stärkerer globaler Temperaturanstieg zu befürchten ist, beschäftigt sich die Klimaforschung offenbar noch immer zu stark mit dem so genannten Zwei-Grad-Ziel der internationalen Klimapolitik. Die Befürchtung, dass das eigentliche Thema damit eher verfehlt wird, äußert jetzt ein Forschungsteam der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU), des Leibniz-Instituts für Astrophysik in Potsdam und der University of Cambridge in einem aktuellen Artikel des Fachmagazins „Earth’s Future“.

Die Forschenden beziehen sich in ihrem Artikel auf die Berichte des Weltklimarats IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), für den regelmäßig Zehntausende von Fachartikeln ausgewertet werden und die den aktuellen Stand der Klimaforschung abbilden. Die Forschenden aus Gießen, Potsdam und Cambridge haben mittels automatisierter Textanalyseverfahren alle bisher erschienenen IPCC-Berichte durchleuchtet. Dabei zeigten die Ergebnisse einen klaren Trend: Die ersten vier Berichte (erschienen 1990-2007) befassen sich zur Hälfte mit einem Temperaturanstieg von über zwei Grad Celsius und zur anderen Hälfte mit einem niedrigeren Temperaturanstieg. Im fünften (2013) und sechsten (2021) Bericht steigt der Anteil an betrachteten Temperaturanstiegen von weniger als zwei Grad Celsius allerdings sprunghaft auf 60 beziehungsweise 80 Prozent an.

Das Autorenteam wirft die Frage auf, weshalb sich die Wissenschaft derzeit vor allem mit Projektionen beschäftigt, die von der angestrebten, begrenzten Erderwärmung ausgehen, während vieles darauf hindeutet, dass der Temperaturanstieg deutlich höher ausfallen dürfte. So geht etwa die International Energy Agency davon aus, dass die aktuell ergriffenen Maßnahmen gegen den Klimawandel nicht dafür sorgen werden, dass der Anstieg geringer als 2,4 Grad ausfallen wird, aber es auch 2,8 Grad werden könnten. Dazu führt Erstautor Dr. Florian Ulrich Jehn vom Institut für Landschaftsökologie und Ressourcenmanagement der JLU aus: „Solange wir uns auf einen stärkeren globalen Temperaturanstieg zubewegen, sollte gerade dieser im Fokus der Forschung liegen.“

Publikation
Florian U. Jehn, Luke Kemp, Ekaterina Ilin, Christoph Funk, Jason R. Wang, Lutz Breuer: „Focus of the IPCC Assessment Reports Has Shifted to Lower Temperatures“, Earth’s Future, 06 May 2022
https://doi.org/10.1029/2022EF002876
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022EF002876

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• Klimawandel

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