Forschungsraketen bringen Studierendenexperimente in die Schwerelosigkeit
ZARM
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- Beim REXUS/BEXUS-Programm der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR und der Schwedischen Nationalen Raumfahrt-Agentur (SNSA) durchlaufen Studierende alle Phasen eines Raumfahrtprojekts: Entwurf, Bau und Test der Experimente.
- Höhepunkt des Programms ist der Start der Höhenforschungsraketen vom Raumfahrtzentrum Esrange bei Kiruna in Nordschweden.
- Die Starts der beiden Raketen REXUS 27 und REXUS 28 sollen zwischen dem 4. und 7. November stattfinden. Mit an Bord sind die Experimente von fünf Studierenden-Teams von Universitäten aus der Schweiz, Belgien, den Niederlanden und Deutschland.
- Schwerpunkte: Raumfahrt, Nachwuchsförderung
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 bei der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR in Bonn.