Deutsche Wissenschaftler entwickeln einen zuverlässigen Hitzeschutz für die Raumfahrt
Weltraumforscher setzen auf hitzefeste Keramiken

Raumfahrzeuge wie das amerikanische Space Shuttle sind bei ihrer Rückkehr aus dem All einer enormen Belastung ausgesetzt. Denn beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre sorgt die Luftreibung dafür, dass sich Teile des Shuttles auf über 1 600 Grad erhitzen.

Spezielle Hitzeschutzmaterialen sollen Mensch und Material an Bord vor dem Verglühen bewahren.

Beim Space Shuttle wird das durch rund 27 000 Keramikkacheln erreicht. Sie bedecken die Oberfläche des Raumtransporters und begrenzen so die Erwärmung der darunter liegenden Aluminiumstruktur auf 175 Grad Celsius. Ein Konzept, das Stand der Technik war, als es Anfang der achtziger Jahre entwickelt wurde. Inzwischen ist bekannt, dass die Menge der Kacheln erhöhte Risiken birgt: Je mehr Elemente der Hitzeschutz hat, desto wahrscheinlicher ist, dass sich eine der Kacheln ablöst. Geschieht das an einer hoch belasteten Stelle, kann das in eine Katastrophe münden, wie beim Absturz der „Columbia“ vor knapp drei Jahren.

Mit Hilfe von kohlefaserverstärkter Siliziumkarbid-Keramik und einem besonderen Verfahren, das Forscher am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt haben, lassen sich nun auch große Bauteile kostengünstig für den Thermalschutz herstellen. „Das Material hält beim Wiedereintritt in die Atmosphäre Temperaturen bis zu 2 000 Grad Celsius aus, ist extrem druckfest und chemisch resistent. Zudem ist es relativ leicht“, beschreibt Hermann Hald vom DLR-Institut für Bauweisen und Konstruktionsforschung in Stuttgart wichtige Eigenschaften des speziellen Werkstoffes. Dass das Material hält, was es verspricht, haben probeweise daraus gefertigte Bauteile schon mehrfach bei unbemannten Raketenflügen unter Beweis gestellt. Zuletzt im Juni, als der mit einer russischen Rakete in den Orbit geschickte Hitzeschutz den Härtetest mit Bravour absolvierte.

„In unseren Labors können wir daraus Teile bis 80 Zentimeter Kantenlänge herstellen. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, größere Bauteile zu produzieren“, sagt Hald. Diese müssten für einen Hitzeschutz nicht einmal die aufwendig gerundeten Formen aufweisen, wie sie beim Shuttle für jede einzelne Kachel maßgefertigt wird. In Simulationen konnten die DLR-Forscher bereits nachweisen, dass auch große, flache Teile aus kohlefaserverstärkter Siliziumkarbid-Keramik einen effektiven Hitzeschutz bilden. In Kürze wollen sie auch den praktischen Nachweis mit einem Raketentestflug liefern. Mit dem neuen Konzept könnte auf die aufwendige Formgebungstechnik für die Keramikteile verzichtet werden. Bis zu 70 Prozent der Kosten für das Hitzeschutzschild ließen sich so einsparen. Für den wiedereintrittstauglichen Werkstoff, den die deutschen Wissenschaftler mit Blick auf einen von den Europäern geplanten, inzwischen aber fraglich gewordenen Raumgleiter weiterentwickelt haben, interessiert sich auch die US-Raumfahrtbehörde Nasa.

In ihrem Auftrag wurde bereits die Nasenkappe für das Erprobungsflugzeug X-38 aus dem extrem belastbaren Material gefertigt. Ob die Entwicklung nun in der bemannten Raumfahrt eine Chance bekommt, ist noch offen. Auf der Erde jedoch kann der Werkstoff bereits seine Stärke unter Beweis stellen: Im Automobilbau setzen auf ihn Premiummarken wie Porsche und Mercedes für die Herstellung extrem belastbarer und haltbarer Bremsscheiben.

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