10. März 2023
Mission zum Jupitermond Europa

DLR hilft bei Su­che nach Spu­ren von Le­ben im All

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Forscher in einzigartiger Versuchsanlage
For­scher in ein­zig­ar­ti­ger Ver­suchs­an­la­ge
Bild 1/6, Credit: DLR. Alle Rechte vorbehalten

Forscher in einzigartiger Versuchsanlage

Die Raum­fahrt­for­scher des DLR Göt­tin­gen sind Spe­zia­lis­ten auf dem Ge­biet der Treibstrahl-Kon­ta­mi­na­ti­on. Da­für ver­fü­gen sie über meh­re­re ein­zig­ar­ti­ge Ver­suchs­an­la­gen, dar­un­ter die Si­mu­la­ti­ons­an­la­ge für Treibstrah­len Göt­tin­gen – Che­mi­sche Trieb­wer­ke (STG-CT).
Triebwerk in der Testkammer
Trieb­werk in der Test­kam­mer
Bild 2/6, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Triebwerk in der Testkammer

In der STG-CT wur­den zwei ver­schie­de­ne Trieb­wer­ke und de­ren Aus­wir­kun­gen auf mehr als 120 un­ter­schied­li­che Ma­te­ri­al-Pro­ben un­ter­sucht.
Mögliche Landeeinheit
Mög­li­che Lan­de­ein­heit
Bild 3/6, Credit: NASA/JPL-Caltech

Mögliche Landeeinheit

Künst­le­ri­sche Dar­stel­lung der Lan­de­ein­heit ei­ner mög­li­chen zu­künf­ti­gen Missi­on zum Ju­pi­ter­mond Eu­ro­pa. Ei­ne Kon­ta­mi­na­ti­on der Lan­des­tel­le durch die Trieb­wer­ke soll ver­hin­dert wer­den.
Präparation der Proben
Prä­pa­ra­ti­on der Pro­ben
Bild 4/6, Credit: © DLR. Alle Rechte vorbehalten

Präparation der Proben

Die meis­ten Pro­ben stamm­ten vom JPL, das auch die che­mi­sche Ana­ly­se der Pro­ben durch­führ­te.
Einzigartig
Ein­zig­ar­tig
Bild 5/6, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Einzigartig

Die STG-CT ist ein­zi­ge An­la­ge der Welt, die ei­ne so große Pump­leis­tung hat, dass sich die Treibstrah­len von un­ter­such­ten Trieb­wer­ken aus­brei­ten wie im All.
Siedendes Helium kühlt die Wände
Sie­den­des He­li­um kühlt die Wän­de
Bild 6/6, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Siedendes Helium kühlt die Wände

Her­kömm­li­che Ver­suchs­an­la­gen ha­ben mit dem Pro­blem zu kämp­fen, dass die Ab­gase des Trieb­werks an der Wand ab­pral­len und dann den un­ter­such­ten Strahl ver­fäl­schen. Der Clou bei der Göt­tin­ger STG-CT: Die Wän­de wer­den mit sie­den­dem He­li­um auf Mi­nus 269 Grad Cel­si­us ge­kühlt. So­bald ein Treibstrahl auf die Wand trifft, ge­friert er – wie Was­ser auf Wind­schutz­schei­ben im Win­ter. Fol­ge: der Strahl ver­hält sich wie im All, wo er nicht von Wän­den um­ge­ben ist.
  • Das DLR untersucht Triebwerke für die NASA.
  • Es geht um mögliche Missionen, die nach Spuren von Leben im Sonnensystem suchen sollen.
  • In Göttingen befindet sich eine einzigartige Anlage für die Erforschung von Triebwerksabgasen.
  • Schwerpunkt: Raumfahrt

Gibt es Leben in unserem Sonnensystem? Eine positive Antwort auf diese Frage könnte der Jupiter-Mond Europa geben: er soll unter seiner Eisoberfläche einen Wasserozean beherbergen. Doch wie könnte bei einer Raumfahrtmission dorthin verhindert werden, dass das Raumschiff die Landestelle kontaminiert? Dafür hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in einer einzigartigen Anlage in Göttingen Untersuchungen durchgeführt. Die Experimente fanden im Auftrag des Jet Propulsion Laboratory der NASA statt.

Ein Problem bei allen Missionen, die nach Spuren von Leben suchen, ist die mögliche Verunreinigung durch die Abgase der Landetriebwerke, die sogenannte Treibstrahl-Kontamination. „Treibstrahl-Kontamination kann bei allen Raumfahrzeugen auftreten“, erklärt Dr. Martin Grabe vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik. Sobald ein Triebwerk feuert, produziert es einen Abgasstrahl, der negative Einflüsse auf Sensoren wie Kameras oder Instrumente haben kann. Bei der Landung einer Raumsonde treffen diese Abgase auf die Oberfläche. „Wenn dann nach organischen Bestandteilen als Zeichen für Leben gesucht werden soll, könnten diese schlimmstenfalls von den eigenen Treibstrahlen stammen“, so Grabe. Treibstrahlen aus Raumfahrtantrieben auf Hydrazinbasis enthalten Bestandteile wie Ammoniak oder Kohlenstoffverbindungen – Stoffe, die als Anzeichen für Leben gelten.

Einzigartige Versuchsanlage

Die Göttinger Raumfahrtforscher sind Spezialisten auf dem Gebiet der Treibstrahl-Kontamination. Dafür verfügen sie über mehrere einzigartige Versuchsanlagen, darunter die Simulationsanlage für Treibstrahlen Göttingen – Chemische Triebwerke (STG-CT). „Das ist die einzige Anlage der Welt, die eine so große Pumpleistung hat, dass sich die Treibstrahlen von untersuchten Triebwerken ausbreiten wie im All“, sagt Grabe. Herkömmliche Versuchsanlagen haben mit dem Problem zu kämpfen, dass die Abgase des Triebwerks an der Wand abprallen und dann den untersuchten Strahl verfälschen. Der Clou bei der Göttinger STG-CT: Die Wände werden mit siedendem Helium auf Minus 269 Grad Celsius gekühlt. Sobald ein Treibstrahl auf die Wand trifft, gefriert er – wie Wasser auf Windschutzscheiben im Winter. Folge: der Strahl verhält sich wie im All, wo er nicht von Wänden umgeben ist. Um diese idealen Bedingungen herzustellen, muss die Versuchsanlage drei Tage lang heruntergekühlt werden. Das anschließende Wiederaufwärmen dauert sogar fünf Tage.

Video: Forschung bei minus 269 Grad: Einzigartige Anlage im DLR Göttingen hilft NASA bei Suche nach Spuren von Leben im All
Gibt es Leben in unserem Sonnensystem? Eine positive Antwort auf diese Frage könnte der Jupiter-Mond Europa geben: er soll unter seiner Eisoberfläche einen Wasserozean beherbergen. Doch wie könnte bei einer Raumfahrtmission dorthin verhindert werden, dass das Raumschiff die Landestelle kontaminiert?...

In der STG-CT wurden zwei verschiedene Triebwerke und deren Auswirkungen auf mehr als 120 unterschiedliche Material-Proben untersucht. Die meisten Proben stammten vom JPL, das auch die chemische Analyse der Proben durchführte. Die Triebwerke stellte das Goddard Space Flight Center der NASA.

Mit zwei Messtechniken untersuchten die Forschenden die Treibstrahlen im Vakuum: Mit einem Massenspektrometer, das die chemische Zusammensetzung der Verunreinigungen misst. Und mit Quarzkristall-Sensoren, die Schichten in Stärke weniger Atome erfassen können.

Hydrazin im Abgasstrahl nicht vollständig zersetzt

Die Auswertung zeigte, dass unterschiedliche Triebwerke ähnlichen Typs sehr unterschiedliche Kontaminationen verursachen. Wichtig war dabei die Erkenntnis, dass es eine Rolle spielt, ob ein Triebwerk bereits vor der Landung – zum Beispiel bei einem Flugmanöver – gezündet worden ist. In den Abgasstrahlen wurden Reste von Hydrazin gefunden, das sich offensichtlich entgegen den Erwartungen nicht vollständig zersetzt. Außerdem stellten die Forschenden fest, dass hydrazinhaltige Strahlbestandteile auf Kupferoberflächen, die in aktuellen Raumfahrtmissionen wie Europa Clipper eine wichtige Rolle spielen, eine starke Auswirkung zeigen.

Die Erkenntnisse der Untersuchungen im DLR helfen, Verunreinigungen durch Antriebe künftiger Raumfahrzeuge besser einzuschätzen. „Je mehr wir wissen, desto besser können Raumfahrzeuge und Missionen die unvermeidbare Treibstrahlkontamination schon in der Planungsphase berücksichtigen“, sagt Grabe.

Weitere Untersuchungen

Bereits jetzt haben sich Szenarien für neue Untersuchungen aufgetan. Die europäische Weltraumorganisation ESA hat aufgrund dieser Forschungen zwei Aufträge an die Göttinger vergeben.

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