7. April 2017
Drei deutsche Experimente an Bord der europäischen Forschungsrakete MAXUS-9

12 Minuten Schwerelosigkeit

Start von MAXUS-9
Bild 1/3, Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

Start von MAXUS-9

Nach einigen Schlechtwetterfronten war am 7. April endlich die Bahn frei für MAXUS-9. Pünktlich um 11:30Uhr MEZ startete die Forschungsrakete von Esrange aus.

Projektcrew der MAXUS-9-Mission
Bild 2/3, Quelle: ESA.

Projektcrew der MAXUS-9-Mission

Die Forschungsrakete MAXUS-9 startete vom nordschwedischen Startplatz Esrange bei Kiruna. An Bord der Rakete sind insgesamt fünf unterschiedliche Experimente, davon kommen drei aus deutscher Hand. Für den Start kamen die Projektverantwortlichen in Esrange zusammen um letzte Vorbereitungen zu treffen.

MAXUS-9 in der Startrampe
Bild 3/3, Quelle: Airbus.

MAXUS-9 in der Startrampe

Kurz vor dem Start wird die Nutzlast von MAXUS-9 auf die Rakete montiert. In der Nutzlast selbst befinden sich die Experimente, die mit dem Eintreten in die Schwerelosigkeitsphase starten. Anschließend fällt die Nutzlast mit einem Fallschirm wieder zurück auf die Erdoberfläche und wird dort geborgen.

  • MAXUS-9 mit drei deutschen Experimenten aus der Materialphysik und Biologie gestartet
  • Experimente XRMON-Diff2 und GRADECET erforschen die Schmelze und Erstarrung von Metallen
  • Experiment EuGraPho untersucht Reizbelastung bei Einzellern

Bereits zum zehnten Mal und sieben Jahre nach dem letzten Start einer MAXUS-Raketestartete am 7. April 2017 die Forschungsrakete MAXUS-9 der Europäischen Weltraumorganisation ESA von der nordschwedischen Startanlage Esrange bei Kiruna. Nach knapp zwölf Minuten in der Schwerelosigkeit landete die Nutzlast der Rakete wieder sicher mit einem Fallschirm und wurde vom Missionsteam geborgen. Mit Erreichen der Schwerelosigkeitsphase wurden insgesamt fünf Experimente mit unterschiedlichem Schwerpunkt im Inneren der Nutzlast durchgeführt. Mit dabei waren auch drei deutsche Forschungsvorhaben des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), sowohl aus der Materialphysik (XRMON-Diff2 und GRADECET), als auch aus der Biologie (EuGraPho), die vom Raumfahrtmanagement des DLR und vom Kölner DLR-Institut für Materialphysik im Weltraumgefördert wurden.

Erkenntnisse für die Grundlagenforschung

Im Rahmen des Projekts "In situ X-ray monitoring of advanced metallurgical processes under microgravity and terrestrial conditions (XRMON)", das von der ESA im Rahmen des Microgravity Application Promotion (MAP) Programmes gefördert wird, fand das Experiment XRMON-Diff2 statt. Zusammen mit der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) untersucht das DLR-Instituts für Materialphysik im Weltraum dabei werkstoffphysikalische Phänomene an Metallschmelzen in der Schwerelosigkeit: Mit Hilfe von Röntgenradiographie können Erkenntnisse über metallurgische Prozesse in Metallschmelzen in Echtzeit gewonnen werden. Während des Fluges auf MAXUS-9 wurden Experimente an geschmolzenen Legierungen aus Germanium-Silizium und aus Aluminium-Titan bei bis zu 1550 Grad Celsius durchgeführt. Dabei vermischten sich die Schmelzen miteinander – und das ohne den störenden Einfluss der Auftriebskonvektion.

Die Auftriebskonvektion – ein physikalischer Effekt – tritt in Gasen oder Flüssigkeiten unter Einwirkung der Schwerkraft auf: Die leichten Moleküle steigen nach oben, die schweren sinken nach unten. Die wissenschaftliche Herausforderung im Experiment besteht darin, die Diffusion, also die Vermischung, ohne Einfluss der Auftriebskonvektion zu beobachten. Ein weiteres Experiment, das versucht den gleichen physikalischen Effekt zu unterdrücken, ist GRADECET (GRAvity Dependence of Columnar to Equiaxed Transition in peritectic Ti-Al alloys). Wissenschaftler des Access e.V. in Aachen und weitere europäische Kooperationspartner widmen sich dabei besonders der Erstarrung von Titan-Aluminiden. Die Proben werden erhitzt und bei der anschließenden kontrollierten Abkühlung erstarren diese wieder. Dabei ergeben sie, je nach den anliegenden Abkühlbedingungen, ein charakteristisches Erstarrungsbild. Das DLR-Instituts für Materialphysik im Weltraum unterstützt das Projekt mit Ergebnissen aus dem Experiment XRMON-Diff2.

"Für Versuche auf der Erde ist es wichtig zu wissen, wie der Transport von Atomen in der Metallschmelze und der Erstarrungsvorgang der Schmelze zum Beispiel im Gussprozess ohne Störeinflüsse abläuft.", erklärt Professor Florian Kargl, wissenschaftlicher Verantwortlicher auf DLR-Seite. "Die Ergebnisse des Experiments in der Schwerelosigkeit werden uns wichtige Parameter liefern, aus denen wir dann grundlegende Materialdaten für die Schmelze der beiden Stoffe gewinnen können." Mit diesen Daten können Modelle verbessert werden, die heutige Simulationsprogramme zum Beispiel für die Vorausberechnung der Mikrostrukturbildung beim Erstarren verwenden. Daraus können dann Informationen über die Eigenschaften der entstehenden Legierung gezogen werden, die wichtig für die weitere Verwendung sind. Metalllegierungen werden in der Industrie in vielen verschiedenen Bereichen genutzt, wie zum Beispiel in der Fertigung von Turbinen-Schaufeln. Ein besseres Wissen über die Materialeigenschaft führt folglich auch zu einem stabileren und sicheren Endprodukt.

Reizforschung an Einzellern

Jede Sekunde empfängt und verarbeitet – bewusst und unbewusst – der Mensch unterschiedliche Reize. Die molekulare Grundlage dieser Reizverarbeitung steht im Zentrum des EuGraPho-Experiments (Euglena gracilis Gravitaxis und Phototaxis Experiment) von Wissenschaftlern der Universität Erlangen. Um untersuchen zu können, was in einem Organismus bei gleichzeitiger Einwirkung mehrerer Reize passiert, schickten die Wissenschaftler den grünen, beweglichen Einzeller Euglena gracilis in die Schwerelosigkeit. Dieser dient schon seit geraumer Zeit als Modellsystem für Licht- und Schwerkraftwahrnehmung. Die Zellen nutzen beide Reize, um Positionen in ihrer Umgebung zu finden, die optimal für ihr Wachstum sind. Die Reaktionen auf Licht und auf Schwerkraft sind einzeln recht gut untersucht. In der Natur müssen beide Faktoren jedoch miteinander verbunden werden, um zu einer sinnvollen Antwort für den Organismus zu kommen. Für das Experiment an Bord der MAXUS-9-Rakete wurden Kulturen der Zellen auf zwei Zentrifugen mikroskopisch beobachtet, während die Zellen in der Schwerelosigkeit mit Blaulicht beleuchtet und gleichzeitig, durch die Rotation der Zentrifuge erzeugt, unterschiedlichen Beschleunigungen ausgesetzt werden. Die Zellen in einer der beiden Zentrifugen werden jedoch nach kurzer Zeit chemisch konserviert. Nach Rückkehr der Nutzlast auf die Erde können dann beide Proben miteinander verglichen werden. Auf der Erde, unter dem Einfluss der Schwerkraft, ist so ein Experiment nicht möglich.

Erfolg durch internationale Zusammenarbeit

Wie auch auf früheren Missionen sind bei MAXUS-9 zahlreiche europäische Partner beteiligt: Die ESA durch die Finanzierung der Rakete und der Experimentmodule, die Firma Airbus Defense & Spacein Bremen als Verantwortliche für die Startvorbereitungen und die Durchführung der Mission, sowie außerdem die Firmen Swedish Space CorporationOHB System AG, RUAG und die Mobile Raketenbasis (MORABA) des DLR des DLR in Oberpfaffenhofen.

Kontakt
  • Elisabeth Schreier
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
    Kommunikation Oberpfaffenhofen
    Telefon: +49 8153 28-1787
    Münchner Straße  20
    82234 Oberpfaffenhofen-Wessling
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  • Dr. Florian Kargl
    Stellvertrender Institutsdirektor
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
    Institut für Materialphysik im Weltraum
    Telefon: +49 2203 601-2064
    Linder Höhe
    51147  Köln
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  • Dr. Otfried Joop
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

    Raumfahrtmanagement, Forschung unter Weltraumbedingungen
    Telefon: +49 228 447-204
    Telefax: +49 228 447-735
    Königswinterer Straße  522-524
    53227 Bonn-Oberkassel
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  • Projektcrew der MAXUS-9-Mission

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    Die Forschungsrakete MAXUS-9 startete vom nordschwedischen Startplatz Esrange bei Kiruna. An Bord der Rakete sind insgesamt fünf unterschiedliche Experimente, davon kommen drei aus deutscher Hand. Für den Start kamen die Projektverantwortlichen in Esrange zusammen um letzte Vorbereitungen zu treffen.
  • MAXUS-9 in der Startrampe

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    Kurz vor dem Start wird die Nutzlast von MAXUS-9 auf die Rakete montiert. In der Nutzlast selbst befinden sich die Experimente, die mit dem Eintreten in die Schwerelosigkeitsphase starten. Anschließend fällt die Nutzlast mit einem Fallschirm wieder zurück auf die Erdoberfläche und wird dort geborgen.

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