Was ist hier abgebildet?

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(a) thermischer Strahler

(b) simulierte Atmosphäre

(c) Plasma in Magnetfeld

 Abb.: Modell einer Raumkapsel in simulierter Marsatmosphäre. (Bild: DLR)

In Ergänzung der europäischen ExoMars-Mission zur Erforschung des Mars wird im Rahmen eines internationalen Projekts der Eintritt von Raumfahrzeugen in die Marsatmosphäre simuliert. Dazu bilden DLR- Wissenschaftler im Kölner Windkanal unter anderem die Marsatmosphäre nach.

Ähnlich wie bei dem Wiedereintritt von Raumfahrzeugen in die Erdatmosphäre muss ein Raumfahrzeug beim Eintritt in die Marsatmosphäre enormen Temperaturbelastungen standhalten. wobei sich in der Marsatmosphäre beispielsweise mehr Partikel befinden, die die Erosion des Hitzeschutzes deutlich verstärken. Aus diesem Grund sind sowohl Landekapseln als auch Spaceshuttles durch eine Hitze absorbierende Schicht geschützt. Diese kann unter anderem aus organischem Material - das während des Eintritts verbrennt - oder auch keramischen Strukturen bestehen.

Um das Strömungsverhalten der heißen Gase und die punktuelle Hitzebelastung einzelner Partien zu untersuchen, setzen die Forscher Modelle in einem lichtbogenbeheizten Windkanal den realen Hitzelasten aus. Diese Anlage erlaubt das Strömungsfeld des Marseintritts mit Staubpartikeln nachzubilden und das Verhalten des Hitzeschutzmaterials mit Hilfe optischer und konventioneller Messtechniken zu untersuchen. Die Raumkapseln treten mit ihrer stumpfen Unterseite voran in die Atmosphäre ein, was dort zu hohen thermischen Lasten führt. Die relativ kühle und dünne Strömung auf der Rückseite bestimmt die dynamische Flugstabilität des Fahrzeuges. Die im Windkanal und durch Computersimulationen der Verteilung des Hitzeflusses auf der Oberfläche der Kapsel gewonnenen Daten fließen in die Entwicklung von neuartigen Hitzeschutzkonzepten sowie Materialien ein und haben Einfluss auf das aerodynamische Design der Raumfahrzeuge.

Vergangene Marsmissionen hatten begrenzte Informationen über die Zusammensetzung der Atmosphäre des Planeten. Präzise Vorhersagen der zu erwartenden Temperaturen beim Eintritt in die Marsatmosphäre waren nur teilweise möglich. Deshalb wurde aus Sicherheitsgründen der Hitzeschutz mit großen Toleranzen konzipiert. Dieser überdimensionierte Hitzeschutz wirkte sich allerdings negativ auf die wissenschaftliche Nutzlast des Raumfahrzeugs aus. Die aktuellen Forschungen sollen dies verbessern.

DLR / MH