Scharfkantiger Flug ins Weltall

Ein neuartiges Raumfahrtgerät wollen deutsche Ingenieure in wenigen Wochen im All testen. Der Name des Experimentes: SHEFEX-II. Die dabei zu erprobende Technologie soll neuartige wiederverwendbare Raumfähren möglich machen, die auch auf den Flughäfen in Sachsen-Anhalt landen könnten.

Von Uwe Seidenfaden

So unterschiedlich Raumfähren und Raumkapseln auch sind, etwas haben sie doch gemeinsam: Ihre vielen Rundungen. Die Kurven sollen sie "windschlüpfrig" beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre mit 20-facher Schallgeschwindigkeit machen. Dagegen wird ein eckiger Körper, beispielsweise ein kubusförmiger Nachrichtensatellit, durch die aerodynamischen Kräfte binnen weniger Minuten nach dem atmosphärischen Wiedereintritt in zahlreiche kleine Stücke zerrissen. Ähnlich ergeht es unregelmäßig geformten kosmischen Gesteinsbrocken, die als Sternschnuppen (Meteore) in der irdischen Lufthülle verglühen.

Der Widerstand, den die Atmosphäre den Raumschiffen bei der Rückkehr zur Erde entgegensetzt, führt zu Temperaturen von teilweise über 2000 Grad Celsius. Dagegen schützen abschmelzbare Plastik-Hitzeschilde die russischen Sojus-Raumkapseln und Keramikkacheln die wiederverwendbaren Raumfähren. Letztere auf eine gewölbte Oberfläche wie die Außenhaut des Space Shuttles fest aufzubringen gelingt aber selbst mit den besten Klebstoffen der Welt niemals zu hundert Prozent. Und so platzen denn auch bei jeder Mission Dutzende, manchmal sogar Hunderte Kacheln ab. Das erhöhte nicht nur die Wartungskosten des Space Shuttles, sondern kostete vor sieben Jahren auch sieben Astronauten das Leben.

Bis Ende 2011 will die amerikanische Luft- und Raumfahrt-agentur die Space-Shuttle-Flüge wegen der Sicherheits- risiken einstellen. Ist damit das Ende wiederverwendbarer Raumgleiter gekommen? "Keineswegs", meint der Raum-fahrtingenieur Hendrik Weihs vom DLR-Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung in Stuttgart. Warum nicht einmal etwas grundsätzlich Neues wagen, dachte sich sein Team? Warum nicht ein scharfkantiges Raumfähren-Design testen, wo doch auf ebenem Untergrund die angeklebten keramischen Hitzeschildkacheln viel besser haften können als auf den Rundungen bisheriger Raumschiffe?

In Computer-Simulationen und darauffolgenden Hyperschall-Windkanalversuchen im Testzentrum Göttingen optimierten die Wissenschaftler das grundlegende Design, das ein wiederverwendbarer Raumgleiter haben muss, um trotz scharfkantiger Flächen den Wiedereintritt in die Erdatmosphäre gut zu überstehen. Heraus kam ein Fluggerät, das eher einem Handstaubsauger ähnelt als einem herkömmlichen Raumschiff.

Vor fünf Jahren folgte ein erster Praxisversuch mit dem eckigen Experimentalkörper von der Größe eines Kühlschranks. Von einem Versuchsgelände im Norden Norwegens startete das Testgerät mit einer brasilianischen Rakete in eine Höhe von 211,5 Kilometern. Mit fast siebenfacher Schallgeschwindigkeit trat es wieder in die Erdatmosphäre ein. Telemetriedaten wurden übermittelt, doch leider gelang es den deutschen Forschern nicht, das Gerät nach der Wasserung im Nordatlantik zu bergen.

Das soll sich Anfang 2011 nicht wiederholen, hofft Hendrik Weihs. Diesmal bringen die deutschen Konstrukteure ihre verbessertes Testraumfähre in die australische Wüste - nach Woomera, wo vor vier Jahrzehnten die ersten Europa-Raketen in den Himmel abhoben.

Gegenüber dem ersten SHEFEX-Experiment, soll der zweite Versuch einige weitere Neuerungen bringen. So wollen die Forscher erstmals eine sogenannte aktive Kühlung des Hitzeschildes testen. Dabei soll Kühlgas durch Düsen im Hitzeschild geblasen werden, um die Temperatur der Außenhaut des Raumschiffs zu senken. Außerdem soll das Testgerät über kleine Stummelflügel, sogenannte Canards, verfügen, um das Gerät während des Fluges besser zu steuern.

Forscher des DLR-Instituts für Flugsystemtechnik in Braunschweig haben eigens dafür ein aerodynamisches Flugsteuerungssystem entwickelt. Wegen des Starts mitten im australischen Outback sei es sehr unwahrscheinlich, dass die gut zwei Meter lange Testraumfähre bei der Rückkehr aus 200 Kilometer Höhe im Meer versinken wird. Rund 160 Sensoren sollen das Verhalten des kantigen Raumflugkörpers beim Wiedereintritt in die Atmosphäre messen.

Das Forscherteam um Hendrik Weihs hofft, mit dem Experiment den Flug wiederverwendbarer Raumflugkörper kostengünstiger machen zu können. Das langfristige Ziel ist ein kostengünstiger Raumgleiter, der beispielsweise auch auf dem Flughafen Leipzig/Halle punktgenau landen kann.