Verschwitztes Raumschiff revolutioniert Hitzeschilde für den Wiedereintritt
Raum
Redaktion der Website für technologische Innovationen - 16.05.2025
Dies ist der komplexe und schwere Hitzeschild der Orion-Raumsonde. Wenn er schwitzen könnte, könnte er viel dünner, leichter und wiederverwendbar gemacht werden. [Bild: NASA]
Kühlung durch Schweiß
Schwitzen ist ein physiologischer Mechanismus, den viele Tiere, einschließlich Menschen, zur Regulierung der Körpertemperatur nutzen, insbesondere in heißen Umgebungen oder bei intensiver körperlicher Aktivität.
Auch Raumfahrzeuge leiden unter der Hitze und können aufgrund der Reibung mit der Atmosphäre sogar zerstört werden, wenn sie zur Erde zurückkehren oder auf anderen Planeten landen müssen.
Ein Forschertrio der University of Texas in den USA hat sich nun entschlossen, beides zu kombinieren und einen Hitzeschild für den Wiedereintritt zu entwickeln, der schwitzt, um die Temperaturen zu senken und das Raumfahrzeug zu schützen.
Der Schild wird ein Kühlmittel ausstoßen, das durch ein spezielles Material voller Mikrokanäle freigesetzt wird, das das Team mit einem 3D-Drucker baut. Beim Austritt durch die Mikrokanäle und der Begegnung mit der Hitzewelle verwandelt sich die Flüssigkeit in ein Gas und bildet ein kühlendes „Polster“, das eine Beschädigung des Schildes selbst verhindert.
Das Team ist davon überzeugt, dass diese Technologie der Einführung wiederverwendbarer Raumfahrzeuge neuen Auftrieb verleihen könnte. Herkömmliche Raumfahrzeuge sind auf Hitzeschilde angewiesen, die vollständig durchbrennen, oder auf Keramikplatten, die zwischen den Flügen möglicherweise ausgetauscht werden müssen.
Ein schweißfähiges Raumschiff könnte dank einer Methode, die das Team „Schweißkühlung“ nennt, sogar ganz auf diese herkömmlichen Hitzeschilde verzichten.
Da das durch den Schweiß freigesetzte Gas das Fahrzeug isoliert, sind Einweg-Hitzeschilde, an deren Entwicklung die NASA seit Jahrzehnten versucht , nicht mehr erforderlich. Dadurch ließen sich die Abstände zwischen den Flügen von Monaten, wie sie bei den alten Space Shuttles üblich waren, auf wenige Stunden verkürzen, was näher an die Wendezeit eines Passagierflugzeugs heranreicht.
Materialprobe, die Feuchtigkeit ableitet und so für Wärmeschutz sorgt. Es wird in einem Hyperschalltunnel getestet. [Bild: Emily Oswald/Texas A&M]
Labor- und Weltraumtests
Die Idee, ein Raumfahrzeug zum Schwitzen zu bringen, ist nicht neu, aber das Team glaubt, dass es nun endlich über die Mittel verfügt, diese Idee Wirklichkeit werden zu lassen, insbesondere im Hinblick auf verfügbare Materialien, Rechenleistung zur Simulation des Betriebs und Optimierung der Materialien sowie Labore zum Testen der Prototypen.
Damit die Transpirationskühlung in der Raumfahrt erfolgreich ist, muss das Material der Raumfahrzeughülle stark genug sein, um extremen Drücken standzuhalten, gleichzeitig aber porös genug, damit das Kühlmittel durch die Poren entweichen kann. Als Material wurde Siliziumkarbid gewählt und das Team nutzt additive Fertigung, um präzise Kanäle im Inneren zu gewährleisten. Die ersten Prototypen werden bereits in einem Hochgeschwindigkeitstunnel getestet.
„Wir sollten beachten, dass die Oberfläche des Materials bei Hyperschallgeschwindigkeiten kühler ist, wenn ein Kühlmittelfluss eingeführt wird, als die Grundlinie, wenn kein Kühlmittel vorhanden ist“, sagte Teammitglied William Matthews. „Je nachdem, wie gut das Gas in das Material eindringt, gibt es viele potenzielle Einsatzmöglichkeiten für diese Technologie, und diese Tests sollten uns helfen zu entscheiden, in welche Richtung wir gehen wollen.“
Die Forschung wird in Zusammenarbeit mit Canopy Aerospace durchgeführt, einem Unternehmen, das auf Schilde und Hitzeschutz spezialisiert ist und eine echte Testmission finanzieren wird, bei der der Satellit ins All fliegt und wieder in die Erdatmosphäre eintritt.
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