Quelle: ZARM. 18. August 2025.

29. August 2025 – In insgesamt 16 Versuchen wird zurzeit auf der ISS untersucht, wie sich ein Feuer entlang unterschiedlich strukturierter Materialproben in Schwerelosigkeit ausbreitet. Die Forschenden sind insbesondere an der Ausbreitung der Flammen in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration in der Umgebungsluft interessiert – und das hat einen ganz pragmatischen Grund. Für geplante astronautische Raumfahrtmissionen ist vorgesehen, den Luftdruck an Bord zu senken. Das hat zwei Vorteile: Außeneinsätze (EVAs) lassen sich schneller vorbereiten und Raumfahrzeuge können mit geringerer Masse gebaut werden – was Kosten und Treibstoff spart. Bei geringerem Druck muss jedoch der Sauerstoffanteil in der Atemluft steigen, damit die Astronaut:innen noch genug Sauerstoff aufnehmen können – von derzeit etwa 21 % auf bis zu 35 %. Und genau das erhöht das Brandrisiko erheblich.

Unter erhöhter Sauerstoffkonzentration können selbst Materialien, die unter irdischen Umständen als nicht brennbar gelten, in der Schwerelosigkeit Feuer fangen. Hinzu kommt, dass sich Brände deutlich schneller ausbreiten. Diese Erkenntnisse haben die Forschenden bereits durch Schwerelosigkeitsexperimente im Fallturm Bremen gewonnen. Die aktuell laufenden Versuche auf der ISS liefern nun weitere aufschlussreiche und vor allem realitätsnahe Daten, um die Mechanismen der Flammenausbreitung besser zu verstehen und darauf aufbauend Methoden zu entwickeln, um Brände verhindern zu können. Im Vergleich zum Fallturm bietet die ISS deutlich längere Versuchszeiten, sodass dickere Materialproben untersucht werden können. „Die Erkenntnisse aus diesen Experimenten sind essenziell, um das Risiko zukünftiger Raumflüge realistisch bewerten zu können“, sagt Projektleiter Florian Meyer.

Das Projekt wird gefördert durch die deutsche Raumfahrtagentur im DLR (FKZ: 50WM2456).

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Quelle: ZARM

ZARM, Universität Bremen. Die Vorgänge im Inneren eines Raketentriebwerks zeichnen sich durch einen komplexen Sprayverbrennungsprozess aus. Bei einem Triebwerk, welches mit Wasserstoff und Sauerstoff betrieben wird, wird ein Strahl von flüssigem Sauerstoff in unzählige kleine Tropfen aufgebrochen, um mit dem Wasserstoff möglichst effektiv zu verbrennen. Das einfachste und zugleich wesentlichste Element dieses Sprays ist der Einzeltropfen.

Im Rahmen einer Studie wurde die Verbrennung eines einzelnen flüssigen Sauerstofftropfen in gasförmiger Wasserstoffatmosphäre unter Mikrogravitation untersucht. Während des freien Falls im Fallturm wird die natürliche Konvektion unterdrückt, sodass der Tropfen die Form einer Kugel annimmt und ein eindimensionales System entsteht. In einer umfangreichen Experimentkampagne wurde das Verbrennungsverhalten bei verschiedenen Drücken im unter- und überkritischen Regime untersucht. Dabei zeigte sich, dass sich eine Schicht aus Eis um den brennenden Tropfen bildet, da das bei der Verbrennung entstehende Wasser nahe der tiefkalten Tropfenoberfläche gefriert. Die Form und Ausprägung dieser Eisschicht ändert sich und die Brennrate steigt mit zunehmendem Druck. Im überkritischen Regime verschwindet die Oberflächenspannung und der Tropfen verliert seine sphärische Form.

Die Ergebnisse stellen eine erste Datenbasis zur Entwicklung grundlegender numerischer Modelle dar und tragen somit zur Entwicklung zukünftiger detaillierter Sprayverbrennungsmodelle bei.

Die wissenschaftliche Veröffentlichung zu den Forschungsergebnissen finden Sie hier: Oxygen droplet combustion in hydrogen under microgravity conditions.

ZARM, Universität Bremen: Pressemitteilung

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