Raumfahrt | 08. April 2022 | von Tom Uhlig

Über Levitation, Alchemie und anderes...

Quelle: ESA/NASA
Geschafft - die neue Pumpe für den EML ist eingebaut.

Als ich das erste Mal von einem "Levitator" gehört habe, habe ich das gedanklich gleich neben Golem, dem Stein der Weisen und dem heiligen Gral eingeordnet, also irgendwo in dem Dunstkreis von Magie, Mystik und Verschwörungstheorien - vielleicht hatte ich damals gerade zu viel Umberto Eco gelesen.

Umso mehr hat es mich dann erstaunt, als ich dem Begriff Levitation dann wieder in meinem Physikstudium begegnet bin: Über einem Supraleiter kann man tatsächlich magnetische Gegenstände "fliegen" lassen - eine nicht ganz einfach zu erklärende Interaktion der magnetischen Eigenschaften des Supraleiters mit dem Magneten, ich müsste es auch erst mal wieder nachschlagen.##markend##

Die nächste (und letzte) Begegnung mit Levitation war dann die Installation des "Electromagnetic Levitators" (EML) im Columbuslabor der Internationalen Raumstation ISS. Zwar ist das "Schweben" in der Schwerelosigkeit durchaus der Normalzustand, aber EML kann noch mehr: das Gerät stellt eine Prozesskammer zur Verfügung, in der metallische Legierungen schwebend aufgeschmolzen werden, durch Magnetspulen exakt in Position gehalten und auf verschiedene Art manipuliert und vermessen werden können. Dadurch lassen sich thermophysikalische Eigenschaften im schmelzflüssigen Zustand ermitteln, sowie das Erstarrungsverhalten untersuchen. Und das Ganze im Vakuum oder einer definierten Gasatmosphäre.

Mit einer Pumpe dieses Gassystems hatten wir seit einiger Zeit ein Problem, die Analyse zeigte: Keine Chance auf kleinere Reparaturen, die ganze Pumpe muss ausgetauscht werden. Das Problem hierbei: Wir hatten nie vorgesehen, dass eine solche Reparatur an Bord durchgeführt werden müsste...

Quelle: © DLR
In der Schwerelosigkeit werden Legierungen behälterfrei mit der EML-Anlage geschmolzen. Eine elektromagnetische Spule hält die Probe in der Schwebe.

Entsprechend komplex war deshalb die Aufgabe, um die wir Matthias Maurer vor einem Monat bitten mussten: Versuche das "Ding der Unmöglichkeit", baue die EML-Pumpe mitten aus dem Herz der Experimenteinheit aus und eine neue wieder ein! Um nicht unnötig Spannung zu erzeugen, vorerst einmal: Matthias hat es tatsächlich geschafft! Aber es war eine Mammutaufgaben, vor allem für unsere Kollegen am MUSC (Microgravity User Support Center), die unsere Experten für EML sind und hier freilich die Hauptarbeit hatten. Ein paar Fakten, um einen Eindruck zu bekommen:

Ganze sieben Stunden hatten wir auf Matthias' Stundenplan für den Austausch reserviert - und das zwischen seinen vielen wichtigen Vorbereitungsaufgaben der beiden Extravehicular Activities (EVAs)!

Etwa 70 Schrauben musste Matthias lösen (üblicherweise sind Schrauben an Bord "captive", das heißt, man kann sie öffnen, sie bleiben aber mit dem Gegenstand verbunden. Nachdem eine Reparatur nie geplant war, waren hier alle Schrauben "non-captive"... - zum Teil musste er auch Unterlegscheiben berücksichtigen!), alle in Tütchen verstauen, um sie danach auch wieder einzuschrauben.

In manchen Prozedurschritten musste der Astronaut Klebestellen auf den Schraubenköpfen entfernen - davor mit Klebeband die Klebestelle sichern, damit beim "Absprengen" mit dem Schraubenzieher keine Kleberreste durch die Raumstation schweben würden. Und beim Schraubenlösen hat Matthias dann tatsächlich seine Astronautenkollegen Kayla Barron und Mark Vande Hei zur Hilfe geholt, um das notwenige Drehmoment ohne "Abrutschen" und Beschädigen der Schraube  (das alles im Kopfstand!) - aufbringen zu können.

Zur Unterstützung der Aktivität hatten wir als EUROCOM dann auch mit Luca Parmitano einen erfahrenen Astronauten auserkoren und ihn - auch entgegen der üblichen Praxis - direkt ans MUSC in den dortigen Kontrollraum geschickt. Damit war die wichtige Nähe zu den Experten sichergestellt - trotz aller modernen Kommunikationsmittel ist ein physischen "Nebeneinander" immer noch durch nichts zu ersetzen!

Quelle: © DLR

ESA-Astronaut Luca Parmitano unterstützt als EUROCOM.

Quelle: © DLR

Wir hatten es ja schon vorweggenommen: Matthias war erfolgreich, das haben die Kollegen vom MUSC auch im Nachhinein bestätigen können: Beim Prüfen von EML auf Herz und Niere in den vergangenen Wochen hat sich bestätigt, dass die neue Pumpe einwandfrei läuft - und damit waren die notwendigen Voraussetzungen für diese Woche geschaffen.

MUSC konnte seine erste Forschungskampagne mit EML und neuer Pumpe ausführen: Immer wieder wurden metallische Legierungen in EML über Kommandos aus Köln, die über uns in Oberpfaffenhofen und Houston weiter an die ISS gingen, aufgeschmolzen, "levitierend" in Position gehalten und dann mit verschiedenen Methoden untersucht: In EML kann man die Temperatur der metallischen Probe bestimmen, und sie über zwei High-Speed-Kameras beobachten. Das erlaubt dann die Messung der Erstarrungsgeschwindigkeit sowie die Bestimmung der Viskosität, von Wärmekapazität, der Oberflächenspannung, der thermischen Ausdehnung oder des elektrischen Widerstands. Besonders Unterkühlungseffekte können levitierend gut provoziert werden: Das flüssige Metall wird so abgekühlt, dass es im flüssigen Zustand Temperaturen erreicht, bei denen es eigentlich fest sein müsste.

Da wären wir dann wieder bei Magie und Co. Das Zitat des Tages kam übrigens von Matthias selbst: Beim Festziehen der Gasverbindungen bezog er sich auf seine Erfahrungen beim Moped-Basteln: "It is always like that: Tight is followed by kaputt [sic!]". Dem ist wohl nichts hinzuzufügen!

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Über den Autor

Als Kind wollte Tom Uhlig Astronaut werden. Beim DLR kam er dabei seinem Traum sehr nahe: Er arbeitete als Columbus-Flugdirektor an der Konsole und leitete sowohl das Col-CC-Trainingsteam als auch Gruppe für den Betrieb von geostationären Satelliten bis Dezember 2016. zur Autorenseite