FOTON-M2

FOTON-M2 mit KERAMIK TPS-Experiment nach der Landung im Juni 2005

Der kritische Moment bei der Rückkehr aus dem Weltraum ist der Eintritt in die Erdatmosphäre. Temperaturen von bis zu 2.000 Grad Celsius beanspruchen Material und Raumfahrzeug auf das Äußerste. Das Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) forscht an geeigneten Schutzkacheln und hat seine neueste Entwicklung an Bord einer russischen Raumkapsel vom Typ FOTON-M2 mit Erfolg getestet. Der Hitzeschutz für zukünftige, wiederverwendbare Raumfahrzeuge hat seine Feuertaufe bestanden.

In Kasachstan scharten sich im Juni 2005 Wissenschaftler und Raumfahrtexperten um eine russische FOTON-Raumkapsel. Die Geschwindigkeit durch Fallschirme und zusätzlich durch eine Bremsrakete gedrosselt, war das runde Vehikel soeben aus dem Weltraum zurückgekehrt und in der kasachischen Steppe gelandet. Die anwesenden Wissenschaftler des DLR-Instituts für Bauweisen- und Konstruktionsforschung aus Stuttgart konnten den Zustand ihres Experiments in Augenschein nehmen und sogleich vor Ort mit Fotoapparat und geübtem Blick die Auswertung beginnen.

Das besondere Interesse galt den Faserkeramik-Bauteilen, die auf der Außenhülle der Kapsel angebracht waren. Bei dem Experiment zur Wiedereintrittstechnologie flog damit zum ersten Mal ein Hitzeschutzsystem komplett aus dem keramischen Verbundwerkstoff C/C-SiC durch die Atmosphäre. Und schon der erste Eindruck deutete an: Das Experiment KERAMIK war ein voller Erfolg. Die CMC-Bauteile zeigten sich unbeeinflusst durch die starke Hitzebelastung. Nur die vormals dunkle Farbe der Keramik hatte sich in vornehmes grau gewandelt. Alle Sensoren funktionierten einwandfrei und lieferten die erforderlichen Daten für die spätere Auswertung. Spitzentemperaturen von 1500 Grad Celsius konnten gemessen werden.

KERAMIK TPS-Experiment vor dem Flug

Das Experiment bestand aus zwei versteiften C/C-SiC Halbschalen, die in einen C/C-SiC Ring eingepasst und mit drei Schrauben pro Bauteil aus dem gleichen Material verankert waren. Der Durchmesser des Experiments betrug 340 Millimeter, der Durchmesser der Halbschalen-Bauteile 300 Millimeter. Auf der Rückseite der einzelnen Bauteile waren mit einem speziellen Fügeverfahren L-Profile zur Versteifung angebracht. Dadurch können einzelne Komponenten getrennt voneinander hergestellt werden. Ihre Verbindung erfolgt dann durch das Silizieren, was gleichzeitig das Herstellungsrisiko vermindert. Auch die Krafteinleitungskomponenten bestanden aus C/C-SiC, genauso wie die Schrauben und Muttern. Dank dieses Designs kann die Hitzebeständigkeit des Materials für die komplette Anwendung genutzt werden, ohne auf Temperaturbegrenzungen durch Metallbestandteile Rücksicht nehmen zu müssen. Zusätzlich waren im Sinne eines Gesamtsystem-Ansatzes auch eine Hochtemperatur-Isolation und eine Heißgas-Dichtung unter bzw. zwischen den Bauteilen integriert, um heiße Gase am Eindringen in das Innere des Experiements zu hindern.

Außerdem wurden verschiedene neuartige Schichten basierend auf Yttrium und Titan zum Schutz vor Oxidation auf einem der Bauteile aufgetragen. Hierdurch konnte die Effektivität der Beschichtungen im Vergleich zur Standard-Beschichtung mit Siliziumcarbid beim Wiedereintritt direkt miteinander verglichen werden.