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Die Auslegung und Optimierung von Raumfahrzeugen für den Wiedereintritt ist eine Herausforderung, da je nach geflogener Wiedereintrittsflugbahn, Temperaturen von über 3000 K im Falle eines ballistischen Eintritts erreicht werden können. Hierfür wird ein Hitzeschild benötigt, der Personen und Nutzlast schützt. Die Helmholtz-Nachwuchsgruppe „Hochtemperaturmanagement für den Hyperschallflug“ entwickelt Sensoren zur Überwachung von diesen Hitzeschutzsystemen.
In diesem Zusammenhang wurde der Prüfstand für WIderSTAndsMessungen (WISTAM, Bild 1) entwickelt, der es ermöglicht, eine Materialprobe zeitlich aufgelöst elektrisch zu vermessen. Entstehen Störungen im Material, zum Beispiel durch einen Defekt (Riss, Loch oder Ähnliches), verändern sich die Messwerte. Um den Defekt lokalisieren zu können, werden auf der Probe in einem Galvanikverfahren mehrere Metallkontakte auf zwei gegenüberliegenden Seiten aufgebracht, die mit jeweils zwei Kabeln kontaktiert werden. Diese Kabel werden an den Prüfstand angeschlossen, der mit Hilfe von Relaismatrizen die Kanäle eines Mikroohmmeters umschaltet und so Messungen an vielen verschiedenen Punkten zulässt. Die einzelnen Messpfade (Bild 2) können so nacheinander angefahren und über 50 Messungen pro Sekunde durchgeführt werden. Dadurch wird ein hochauflösendes Gitter von virtuellen Strompfaden auf der Probenoberfläche generiert.
Entsteht jetzt ein Schaden auf der Probe (Bild 3 zwischen Sekunde 100 und 200), kann die Reaktion des Materials auf die Schädigung in diesen Messdaten abgelesen werden.
In Bild 3 ist die Materialantwort auf einen Schlitz in der Oberfläche zu sehen, wie er in Bild 2 dargestellt ist. Je nach Nähe des dargestellten Strompfads zu dem Defekt verändern sich die Messwerte stärker, weniger stark oder nahezu gar nicht. Aus diesen Daten kann mit Hilfe von Kenntnissen des Materialverhaltens, der Kennwerte der Probe vor dem Versuch und entsprechenden Algorithmen der Ort der Schädigung berechnet werden.
Können solche Daten, zum Beispiel bereits über den Beginn einer Schädigung, später im Flug analysiert werden, wäre es möglich, genaue Daten über die Stabilität und Haltbarkeit der Schilde zu gewinnen, um für künftige Missionen die Sicherheit zu erhöhen.