TEMPUS-Experimente bei der 45. DLR Parabelflugkampagne
Vom 20.-31. Oktober 2025 war die Experiment-Anlage TEMPUS (Tiegelfreies Elektromagnetisches Prozessieren in Schwerelosigkeit) Teil der 45. DLR Parabelflugkampagne. Die Experimente wurden im Mai 2025 ausgewählt und seitdem intensiv durch Mitarbeiter des DLR-Instituts für Frontier Materials auf der Erde und im Weltraum vorbereitet. Die Flüge wurden am Flughafen Bordeaux-Merignac durch Novespace in dem Flugzeug „Airbus A310 Zero-G“ durchgeführt. Der Einbau der Anlage in den Airbus nahm eine Woche in Anspruch, in der zweiten Woche wurden die Flüge an drei aufeinander folgenden Tagen durchgeführt und die Experimente hinsichtlich der Erfahrungen der ersten Flugtage optimiert.
TEMPUS ist eine Experimentanlage zur elektromagnetischen Levitation (EML), die vom Institut für Frontier Materials auf der Erde und im Weltraum betrieben, gewartet und kontinuierlich weiterentwickelt wird. In TEMPUS werden metallisch leitende, kugelförmige Proben in einer Spule durch ein elektromagnetisches Wechselfeld in der Schwebe gehalten, aufgeschmolzen und vermessen. Untersucht werden sowohl thermophysikalische Eigenschaften der Schmelze wie Viskosität, Oberflächenspannung, Dichte und elektrische Leitfähigkeit, als auch das Erstarrungsverhalten, d.h. Messung der Geschwindigkeit und Form der Erstarrung sowie der nachträglichen Analyse der Mikrostruktur von unterkühlt erstarrten Proben. Im Gegensatz zu erdgebundenen Anlagen sind aufgrund der fehlenden Schwerkraft, während der ca. 21 Sekunden jeder Parabel, nur kleine Kräfte bzw. Felder vonnöten, um die Probe auf Position zu halten. Das behälterfreie Verfahren ermöglicht es auch Messungen reaktiver Materialen sowie im metastabilen Zustand der unterkühlten Schmelze durchzuführen.
Neben den Anlagen-Operateuren des Instituts für Frontier Materialien auf der Erde und im Weltraum, flogen an jedem Flugtag zwei zusätzliche Experimentatoren mit, konkret von der Universität des Saarlandes, der Universität Jena, des Worchester Polytechnic Institute (USA), sowie des DLR-Instituts für Frontier Materials auf der Erde und im Weltraum. Die Experimente wurden zu gleichen Teilen von der ESA, dem DLR Raumfahrtmanagement und dem Institut für Frontier Materials auf der Erde und im Weltraum ausgeschrieben und ausgewählt.
Bei allen Experimenten kam in axialer Richtung, das am Institut gebaute, axiale Kamerasystem ARES erfolgreich zur Anwendung. In radialer Richtung wurde am ersten und dritten Flugtag eine Hochgeschwindigkeitskamera und am zweiten Flugtag zusätzlich eine Wärmebildkamera genutzt.
Als Multiuser Facility werden in TEMPUS verschiedene Exprimente für unterschiedliche Nutzer durchgeführt. Die Experimente umfassten Untersuchungen der thermophysikalischen Eigenschaften sowie des Erstarrungsverhaltens und teilweise der post-mortem Analyse der Mikrostruktur. Prozessierte Probenklassen waren glasbildende Systeme, Legierungen im Kontext additiver Fertigung sowie im Kontext von 3D-Druckverfahren, optimierter Stahl sowie binäre und ternäre Modellsysteme.
Eine Übersicht der prozessierten Proben:
Institut für Frontier Materials auf der Erde und im Weltraum:
· V-O, Einfluss von Sauerstoffgehalt auf die Oberflächenspannung von Vanadium,
· Fe-Si, thermophysikalische Eigenschaften einer Eisen-Silizium-Binärlegierung,
· Al-Ge, Mikrostrukturanalyse der Dendritenorientierung der unterkühlt erstarrten Schmelze bei verschiedenen Zusammensetzungen,
ESA:
· Ti-Zr-Ni: Thermophysikalische Eigenschaften und Erstarrungsverhalten von unterkühlten Ti37Zr42Ni21 Flüssigkeiten, die eine ikosaedrische Nahbereichsordnung aufweisen (DLR-FM, Deutschland),
· Zr-Cu-Ni: Untersuchung der Erstarrung und Eigenschaften der glasbildenden Legierung Zr50Cu35Ni15 in reduzierter Schwerkraft (Friedrich-Schiller-Universität Jena),
· Fe-Cu: Excitation calibration under reduced gravity – Excalibur - (DLR-FM, Worchester Polytechnic Institute)
· Fe-Si: Thermophysikalische Eigenschaften von natürlichen Fe-Si-Legierungen (DLR-FM, Korea University)
DLR-RFM:
· Fe-Si-B-Nb-Ni: Glasbildner für 3D-Druckanwendungen (Universität des Saarlandes),
· 316L: Thermophysikalische Eigenschaften von 316L für die additive Fertigung im Weltraum (DLR-FM, TU Dortmund, Manchester University),
· Zr-Cu-Ni-Ti: Erstarrung eines Glasbildners (Friedrich-Schiller-Universität Jena),
Letztendlich werden die Video- und Anlagendaten in einem Datenarchiv archiviert, über welches die Wissenschaftler ihre Daten über das Internet runterladen können. Das Archiv beruht auf der Hypertest Architektur und wird vom Microgravity User Support Center (MUSC) betrieben.