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MagVector/MFX - Ein Stück "Raumschiff Enterprise" an Bord der ISS

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  • Alexander Gerst wird MFX auf der ISS installieren

    Alexander Gerst wird MFX auf der ISS installieren

    Alexander Gerst wird während seiner Zeit auf der ISS das deutsche Experiment MFX im Columbus-Modul installieren und in Betrieb nehmen.

  • An der Zukunft schrauben

    An der Zukunft schrauben

    In Science-Fiction-Filmen schirmt ein Magnetschutzschild Captain Kirk & Co. auf der Enterprise von den rasenden Teilchen ab. Bisher ist ein solches Schutzschild aber noch Zukunftsmusik. Ein variabler elektrischer Leiter in dem deutschen MagVector/MFX-Experiment soll den Weg in die Zukunft ebnen. Im Labor in Bremen wird noch fleißig an der Hardware gebastelt.

  • Die Ionosphäre der Venus im Sonnenwind

    Die Ionosphäre der Venus im Sonnenwind

Hintergrund und wissenschaftliche Ziele:

Die Magnetfelder der Erde und zahlreicher anderer Planeten des Sonnensystems werden durch einen Dynamo im Inneren der Himmelskörper angetrieben - einem metallischen Kern der von mehreren rotierenden Mantelschichten umgeben ist. Im tiefsten Inneren entsteht ein Feld, das unsere Erde vor dem permanenten Beschuss durch hochenergetische Teilchen - dem sogenannten Sonnenwind - schützt. Doch es gibt auch Planeten, die nicht selbstständig ein solches Magnetfeld erzeugen können. Unsere Nachbarplaneten Venus und Mars verhilft das interplanetare Magnetfeld, das im Sonnensystem außerhalb des direkten Einflusses der Planeten existiert, indirekt zu einem Schutz: Dieses bewegte interplanetare Magnetfeld reagiert mit den durch UV-Strahlung elektrisch aufgeladenen Atomen in der Hochatmosphäre (Ionosphäre) der beiden Planeten. Die Ionosphären verändern dabei den Ladungszustand ihres Planeten so stark, das er von einem schlechten elektrischen Leiter zu einem sehr guten Leiter wird.

Bisher lassen sich solche Wechselwirkungen nur durch Satellitenmissionen untersuchen. Doch ist der Orbiter einmal gestartet, dann lassen sich die voreingestellten Messprogramme nicht mehr verändern. Forscher können also von der Erde aus nicht mehr eingreifen und die Messparameter den Umgebungsbedingungen anpassen. Auf der ISS ist das ganz anders. Hier herrschen ideale Bedingungen für ein revolutionäres Experiment: Ein variabler elektrischer Leiter des DLR-Experiments MagVector/MFX im European Drawer Rack (EDR) des Columbus-Labors kann den Umgebungsbedingungen einfach angepasst werden. Zudem durchfliegt die ISS mit einer Orbitalgeschwindigkeit von rund 7,5 Kilometern pro Sekunde ständig das Erdmagnetfeld - eine einzigartige Laborumgebung, um an einem effektiven Magnetschutzschild zu forschen. Bislang müssen Raumsonden oder Astronauten in einem Raumschiff durch aufwendige Spezialverkleidungen vor dem "Dauerfeuer" des Sonnenwindes geschützt werden. In Science-Fiction-Filmen schirmt ein solches Magnetschutzschild Captain Kirk & Co. auf der Enterprise von den rasenden Sonnenteilchen ab. Das ist noch Zukunftsmusik. Doch wenn sich durch MagVector/MFX zum Beispiel folgende Fragen beantworten lassen, könnte man einem solchen Schild schon einen ganzen Schritt näher kommen: Wie interagieren die Ionosphären - vergleichbar mit unterschiedlich guten elektrischen Leitern - mit dem solaren Magnetfeld? Wann bildet sich eine künstliche Magnetosphäre? Was passiert mit dem Magnetfeld im Planeteninneren in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit. Wie lassen sich Magnetfelder von Sonne und anderen Himmelskörpern für Raumfahrtanwendungen nutzen?

Experimentbeschreibung:

Mit MFX wird die Wechselwirkung zwischen dem Erdmagnetfeld und einem variablen elektrischen Leiter, der sich mit hoher Geschwindigkeit durch dieses Feld bewegt, untersucht. Die elektrische Leitfähigkeit der Probe, die sich innerhalb einer kühlbaren Vakuumkammer befindet, ist variabel. Somit können verschiedene Zustände simuliert werden. Dabei messen Forscher erstmalig die Veränderung in der Magnetfeldstruktur des Leiters: Ein Magnetfeld um einen Leiter herum entwickelt sich nicht gleichmäßig: Wie bei dem Feld unserer Erde staut es sich vor dem Leiter auf und dünnt sich hinter ihm wieder aus. Der Nachweis dieses magnetischen Staueffekts und der Ausdünnung - analog zur Strömungsmechanik – wird zum ersten Mal bei unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten und Umgebungsvariablen gemessen. Weiterhin wird die tatsächliche örtliche und zeitliche Größe des Erdmagnetfelds ermittelt, um einen Vergleich zu erhalten. MFX stößt so das Tor zur experimentellen Astrophysik auf. Erkenntnisse zur Wechselwirkung zwischen dem interplanetaren Magnetfeld und den verschiedensten Körpern im Sonnensystem, beruhen dadurch nicht mehr nur auf passiver Beobachtung, sondern können an Bord der ISS nachgestellt werden. Der deutsche ESA-Astronaut Alexander Gerst wird dieses Experiment während der Blue Dot-Mission in das europäische Weltraumlabor Columbus einbauen und in Betrieb nehmen. Damit wäre ein weiteres Ziel von MagVector/MFX erreicht: ein solches komplexes Experiment innerhalb von nur zwei Jahren zu entwickeln und auf der Raumstation in Betrieb zu nehmen.

Status:

MagVector/MFX wurde nach einer erfolgreichen, einjährigen Machbarkeitsuntersuchung im Jahr 2013 entwickelt und gebaut. Die Testphase fand im März und April 2014 statt. Die Ablieferung der Flughardware ist für Mai 2014 geplant. Die MagVector/MFX-Hardware soll mit dem europäischen Weltraumtransporter ATV-5 im Sommer zur ISS starten. Der Betrieb ist nach einer Testphase August und September 2014 bis mindestens Ende 2015 geplant. Bei optimalen Voraussetzungen kann der Betrieb bis Ende 2016 verlängert werden.

Ergebnisse:

Offen. Der Fast-Track-Ansatz ist aber bereits erfüllt: Das Projekt wurde innerhalb der Kosten in nur 16 Monaten fertiggestellt und ausgeliefert.

Perspektiven für Forschung und Anwendung:

MagVector/MFX gewährt uns einen neuen, einmaligen Blick auf das Zusammenspiel von elektrischen Leitern und Magnetfeldern bei hoher Geschwindigkeit. Die gewonnenen Erkenntnisse lassen Potenziale für eine Vielzahl neuartiger luft- und raumfahrttechnischer Anwendungen erwarten: So könnte MagVector/MFX zur Entwicklung von Magnetschutzschilden gegen geladene, hochenergetische Partikel beitragen, die für astronautische Missionen im Sonnensystem unerlässlich sind. Weiterhin sollen die Ergebnisse Aufschluss darüber geben, ob elektrodynamische Hitzeschilde für Raumfahrzeuge, wie sie seit Beginn des letzten Jahrzehnts untersucht werden, noch effizienter und leistungsfähiger gemacht werden können. Zukünftige Raumsonden die auf Planeten mit einer Atmosphäre landen sollen, könnten dadurch leichter gebaut werden, da sie keinen klassischen Hitzeschutz mehr benötigen. Der Einsatz von Magnetfeldern während des Eintritts in eine Atmosphäre lässt weiterhin eine Verbesserung des Funkverkehrs während des Black Outs zu - wie dies in zahlreichen klassischen Lehrbüchern bereits beschrieben aber in der Raumfahrt praktisch noch nie umgesetzt worden ist. Die bisher durchgeführten MagVector/MFX-Untersuchungen hinsichtlich Kryotechnik, Supraleitern, dynamische Belastbarkeit und so weiter haben bereits zu neuen Entwicklungsaktivitäten bei Airbus geführt, mit denen luftfahrttechnische Herausforderungen gemeistert werden könnten. Die Entwicklung von Kryo-Energiespeichern für die Elektromobilität könnte von dem Experiment ebenso profitieren. So könnte MagVector/MFX e-Mobility sogar im Luftverkehr ermöglichen.

Start: Sommer 2014 / ATV-5 Georges Lemaître (geplant)
ISS-Zeitraum Sommer 2014 bis Ende 2015
Unterbringung Columbus-Modul
Experimentator Volker Schmid; Detlev Konigorski
Einrichtung DLR Raumfahrtmanagement; Airbus Defence & Space, Bremen
Bereich Astrophysik, Innovation und Technologieerprobung, Fast-Track Experiment

 

Zuletzt geändert am:
24.09.2014 09:48:32 Uhr