Der Flug durch das Feuer

In dieser künstlerischen Darstellung wird gezeigt, wie heiß es zugeht, wenn Kapseln oder Raumfahrzeuge in die Luftschichten der Erde „eintauchen“. Bild: DLR
In dieser künstlerischen Darstellung wird gezeigt, wie heiß es zugeht, wenn Kapseln oder Raumfahrzeuge in die Luftschichten der Erde „eintauchen“. Bild: DLR

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Rauf ins All ist die eine Sache. Wieder sicher runter auf die Erde zu kommen – das ist eine andere große Herausforderung. Mehrere tausend Grad entstehen beim Wiedereintritt, wenn eine Kapsel in die dichten Luftschichten unserer Atmosphäre eintaucht.

Wer in den Weltraum fliegen will, sollte sich auch darüber Gedanken machen, wie man wieder zur Erde zurückkommt. Daher ist die sogenannte Wiedereintritts-Technologie seit Beginn der Raumfahrt ein wichtiges Forschungsgebiet. Dabei geht es vor allem darum, wie zum Beispiel Rückkehrkapseln die hohen Temperaturen aushalten können, die beim Flug durch die Atmosphäre entstehen. Denn wenn eine Kapsel mit hoher Geschwindigkeit – mehrere tausend Kilometer pro Stunde schnell – auf die dichten Luftschichten trifft und dadurch abgebremst wird, entsteht eine große Reibungshitze: Über 2.000 Grad Celsius können dabei auftreten!

Nasenkappe für die Kapsel der Zukunft

DLR-Wissenschaftler bereiten die „Nasenkappe“ für einen Test vor. Bild: DLR
DLR-Wissenschaftler bereiten die „Nasenkappe“ für einen Test vor. Bild: DLR

Eines von mehreren Projekten: In Stuttgart entwickelt und testet das DLR die „Nasenkappe“ – also die vordere Spitze, an der es besonders heiß wird – für eine Weltraumkapsel namens EXPERT. Das ist ein Projekt der Europäischen Weltraum-Organisation ESA, mit dem keine Astronauten zur Erde gebracht werden sollen, sondern das zunächst der Erprobung neuer Technologien dient. Die Kapsel soll von einem U-Boot aus mit einer russischen Rakete ins All starten und nach 15 Minuten wieder auf der Halbinsel Kamtschatka im äußersten Osten Russlands niedergehen. Wichtige Instrumente – zum Beispiel zur Messung der Temperaturen – sind in die „Nase“ des neuen Raumfahrzeugs eingebaut.

Jedes Kilo zählt …

Doch welche Materialien können solch hohe Temperaturen überhaupt aushalten? Wie kann man sicherstellen, dass eines Tages Astronauten – oder auch wichtige Instrumente – gefahrlos den „Flug durch das Feuer“ überstehen, bei dem die Luft um die Kapsel herum sogar zu glühen beginnt? Aufgrund langjähriger Erfahrungen wissen die Experten des DLR, dass keramische Werkstoffe hier am besten geeignet sind. Sogenannte faserkeramische Verbundmaterialien haben gegenüber Werkstoffen aus Metall den Vorteil, dass sie wesentlich hitzebeständiger sind – und zugleich sehr leicht. Das ist in der Raumfahrt besonders wichtig: denn Kapseln und Raumschiffe müssen ja vorher erst einmal ins All transportiert werden. Und da zählt jedes Kilo, das man einsparen kann.

Übrigens finden Wiedereintritts-Technologien nicht nur bei der Rückkehr zur Erde ihre Anwendung: Auch bei einer Landung auf anderen Himmelskörpern, die über eine Atmosphäre verfügen, muss man diese Technologie beherrschen. Und auch auf der Erde werden sie zu ganz anderen Zwecken eingesetzt: beispielsweise als Bremsscheiben …