Es ist das weltweit längste Raketenprogramm für Forschung in Schwerelosigkeit und feiert heute ein Jubiläum: 35 Jahre nach der ersten TEXUS-Mission im Dezember 1977 ist die 50. TEXUS-Rakete am 12. April 2013 um 6:25 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit vom Raumfahrtzentrum Esrange bei Kiruna in Nordschweden erfolgreich in den Weltraum gestartet. 15 Minuten dauerte der Flug, davon herrschten 6 Minuten und 20 Sekunden Schwerelosigkeit. Ein Fallschirm brachte die wissenschaftlichen Nutzlasten nach dem Flug wieder zurück zum Boden.  

Die Forschungsrakete des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) trug vier deutsche Experimente aus Biologie und Materialforschung in eine Höhe von 261 Kilometern. Die Rakete des Typs "VSB-30" wurde dabei nur direkt nach dem Start beschleunigt und flog  dann antriebslos weiter.

"Hauptnutzlast der TEXUS-50-Mission ist die in Deutschland entwickelte Elektromagnetische Levitationsanlage EML", berichtet Otfried Joop, TEXUS-Projektleiter beim DLR-Raumfahrtmanagement, und ergänzt: "Mit ihr erforschen Wissenschaftler des DLR-Instituts für Materialphysik im Weltraum in zwei Experimenten thermophysikalische Eigenschaften und das Erstarrungsverhalten von Metall-Legierungen, die von industriellem Interesse sind. Die Forscher untersuchen dazu eine Aluminium-Nickel-Verbindung, die in der Luftfahrt und anderen Verkehrssystemen verwendet wird, sowie eine Nickel-Zirconium-Legierung."

Anhand von Sporenträgern eines Pilzes möchten Forscher der Universität Marburg die allerersten Reaktionen eines Organismus auf Schwerkraftänderungen untersuchen: Wie werden diese wahrgenommen und wie schnell reagiert der Pilz auf den Wechsel von Schwerkraft und Schwerelosigkeit?  "Die relativ lange Schwerelosigkeit der Rakete und eine eingebaute Präzisionszentrifuge sollen es den Wissenschaftlern erlauben, zum ersten Mal die Kinetik und den Grenzwert, also die Mindeststärke der Schwerkraft, die der Pilz braucht, um zu reagieren, zu messen", erklärt DLR-Projektleiter Otfried Joop.

Im zweiten biologischen Experiment auf TEXUS 50 wollen Wissenschaftler der Universität Freiburg Gene und Genprodukte ("Boten-RNA") identifizieren, die bei der Wahrnehmung und der Verarbeitung des Schwerkraftreizes in Pflanzen eine Rolle spielen. Dazu fliegen Keimlinge der "Acker-Schmalwand" mit, einer Pflanze, die aufgrund ihrer relativ einfachen genetischen Struktur seit den 1940er Jahren von Forschern als "Modellorganismus" benutzt wird. "Die TEXUS-Keimlinge werden im Anschluss an den Flug mit den am Boden gebliebenen Pflanzen verglichen", fasst Otfried Joop zusammen. Die Forscher suchen unter anderem Antworten auf die Frage, welche  Klassen von Genen bei der Schwerkraftänderung aktiviert  oder inaktiviert werden.

Doppelkampagne: Zwei Raketen in einer Woche

"Seit 1981 ist TEXUS 50/51 zudem die erste deutsche Doppelkampagne", schildert Otfried Joop. Eine Woche nach der Jubiläumsmission soll TEXUS 51 am 19. April 2013 mit vier weiteren Experimenten deutscher Wissenschaftler startbereit sein:

Mit dem Partikeleinbau bei der Züchtung von Siliziumkristallen für die Photovoltaik beschäftigen sich Forscher vom Fraunhofer IISB in Erlangen, der Universität Freiburg und der Universität Bayreuth bei ParSiWal. Das Experiment soll klären, durch welche Mechanismen für die Materialeigenschaften nachteilige Siliziumkarbid-Partikel bei der Kristallisation in den Siliziumkristall eingebaut werden. Denn bei der industriellen Produktion von Silizium-Solarzellen für die Photovoltaik behindern Siliziumcarbid (SiC)-Partikel  die mechanische Bearbeitung des Produktes und verschlechtern den Wirkungsgrad der Solarzellen. Der Einbau der SiC-Partikel in den Siliziumkristall muss deshalb vermieden werden. Die Partikel entstehen während der Kristallisation in einer mit Kohlenstoff verunreinigten Siliziumschmelze. Die Schwerkraft beeinflusst maßgeblich die Strömung in der Schmelze und  lässt die SiC-Partikel absinken, da sie eine höhere Dichte besitzen als Silizium. Im Weltall sind diese schwerkraftgetriebenen Effekte ausgeschaltet. Das verringert die Komplexität der Vorgänge erheblich und erleichtert damit auch deren physikalische Beschreibung. Die Erkenntnisse sollen schließlich zu einer Verbesserung von Qualität und Wirkungsgrad der Solarzellen beitragen.

Das Experiment FOKUS vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in München soll nachweisen, dass die Technologie eines so genannten "Frequenzkammes" für Anwendungen in der Raumfahrt ausgereift ist. Herzstück eines Frequenzkammes ist ein gepulster Laser, der  optische Frequenzen misst. Künftig soll diese Technologie in der Präzisions-Spektroskopie, etwa bei der Untersuchung von Spurengasen in der Atmosphäre, in der Astrophysik oder bei neuartigen, extrem genauen Atomuhren für Forschungsmissionen oder für die Navigation eingesetzt werden.  Der Frequenzkamm ist ein Laser, der 1999 am Max-Planck-Institut für Quantenoptik entwickelt wurde und für dessen Entwicklung Prof. Theodor W. Hänsch 2005 den Nobelpreis für Physik erhalten hat.

Das medizinisch-biologische Experiment SITI-2 einer Wissenschaftlergruppe der Universität Magdeburg möchte Mechanismen aufklären, die zu Störungen des menschlichen Immunsystems in der Schwerelosigkeit führen. So leiden einige Astronauten bei längeren Aufenthalten im All verstärkt unter Infektionen. Auf dem TEXUS-51-Flug werden dazu Zellkulturen eingesetzt, in denen die Aktivität von Genen des Immunsystems mithilfe moderner DNA-Chip-Technologie untersucht werden soll. Sollte sich die Vermutung der Wissenschaftler bestätigen, dass bestimmte Moleküle der Zellmembran für die durch Schwerelosigkeit hervorgerufenen Störungen verantwortlich sind, könnten diese Erkenntnisse langfristig zu neuen Ansätzen bei der Bekämpfung von Krankheiten führen.

Im materialwissenschaftlichen Experiment TRACE-3 vom Forschungszentrum ACCESS in Aachen werden schließlich Vorgänge und Strukturen analysiert, die bei der Erstarrung metallischer Legierungen eine Rolle spielen. Dies überprüfen die Wissenschaftler beispielhaft an einem Gemisch organischer Substanzen, das ähnlich wie flüssiges Metall erstarrt. Der Erstarrungsprozess kann dabei direkt beobachtet werden, da die  Legierung durchsichtig ist.  Die  Daten sollen industrielle Gießprozesse verbessern.

Im gesamten TEXUS-Programm wurden seit 1977 etwa 300 wissenschaftliche Experimente durchgeführt, 70 Prozent davon im Auftrag des DLR und etwa 30 Prozent im Rahmen einer Beteiligung durch die europäische Raumfahrtagentur ESA. "Zusammen mit anderen Fluggelegenheiten des DLR ist TEXUS damit ein essenzieller Baustein für die Grundlagenforschung in Schwerelosigkeit und damit auch für die Vorbereitung von längerfristigen Weltraumexperimenten, etwa auf der Internationalen Raumstation ISS", resümiert DLR-Projektleiter Joop.

Deutsche Wissenschaftler wollen Einfluss des Weltraums auf unser größtes Organ untersuchen

Unsere Haut  hat viele Aufgaben: Sie reguliert unter anderem den Wasser- und Temperaturhaushalt unseres Körpers, verhindert das Eindringen von Krankheitserregen, schützt vor UV-Strahlung und dient als Sinnesorgan. Doch wie reagiert sie auf die rauen Bedingungen des Weltraums? Dieser Frage gehen Wissenschaftler in dem vom Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) geförderten Experiment "SKIN B" nach. Dieses ist am 28. März 2013 um 21.43 Uhr Mitteleuropäischer Zeit (MEZ) zusammen mit den Astronauten der ISS-Expedition 35 an Bord einer Sojus-Rakete vom russischen Weltraumbahnhof in Baikonur zur Internationalen Raumstation gestartet und am 29. März um 03.28 Uhr MEZ an der Raumstation angekommen. Mit einer neuen Technik war die Sojus bis zur Ankunft an der ISS weniger als sechs Stunden (vier Orbits) unterwegs. Nach dem Andocken betraten die neuen Crewmitglieder bereits um 5.35 Uhr heute morgen das russische Poisk-Modul. Bislang lagen zwei Tage zwischen Launch und Ankunft an der ISS.

Ergebnisse des Vorgänger-Experiments "SkinCare" überprüfen

Das Experiment SKIN B soll ab Juni im europäischen Raumlabor Columbus auf der ISS zum Einsatz kommen und den Einfluss des Weltraums auf den Zustand der Haut genauer untersuchen. Neben anderen soll der italienische ESA-Astronaut Luca Parmitano, der im Mai mit der Expedition 36 zur ISS fliegt, mit SKIN B arbeiten. Denn trockene oder schuppige Haut und Juckreiz  belasten - nach Kopfschmerzen und Gleichgewichtsstörungen - die Astronauten im Weltraum besonders: "Studien der amerikanischen Weltraumbehörde NASA zeigen, dass Hautprobleme vorne auf der Rangliste gesundheitlicher Probleme im All stehen. Dazu zählen auch Verzögerungen bei der Wundheilung und allergische Reaktionen auf Materialien. Allerdings wurden diese Veränderungen bislang noch nicht systematisch untersucht", berichtet Katrin Stang, SKIN B-Projektleiterin im DLR Raumfahrtmanagement.

Das Experiment schließt an "SkinCare" an, das der deutsche Astronaut Thomas Reiter bei seiner Astrolab-Mission 2006 auf der Raumstation durchgeführt hat. "Es zielt darauf ab, die 2006 gemessenen Veränderungen zu bestätigen und mit mindestens drei, maximal fünf Probanden zu überprüfen", erklärt Katrin Stang. Prof. Ulrike Heinrich von der Universität Witten-Herdecke leitet das wissenschaftliche Experiment. Sie ergänzt: "Die Haut wird dabei nicht alleine im Mittelpunkt stehen, sondern auch stellvertretend für alle mit Epithel- und Bindegewebe ausgekleideten Organe betrachtet. Denn Hautveränderungen können auch frühzeitig auf andere, systemische Krankheiten hinweisen."

Feuchtegehalt, Wasserverlust und Elastizität der Haut dokumentieren

Bei SKIN B wird die Haut auf der Innenseite des Unterarms der Astronauten bis zu acht Mal während des ISS-Aufenthaltes und zusätzlich vor und  nach dem Flug ins All untersucht. "Mit speziellen Instrumenten prüfen wir den Feuchtegehalt und den Wasserverlust der Haut. Eine kleine Kamera dokumentiert  die Veränderungen der Hautoberfläche", fasst DLR-Projektleiterin Stang zusammen. Zusätzlich messen die Wissenschaftler der Uni Witten-Herdecke vor und nach dem Flug die kapillare Hautdurchblutung, die so genannte Mikrozirkulation, sowie die Tiefenstruktur der Haut und ihre Elastizität.

Die Ergebnisse aus dem Pilotexperiment SkinCare haben gezeigt,  dass sich die Haut der Astronauten während eines sechsmonatigen Aufenthalts auf der ISS ähnlich verändert wie während des Alterungsprozesses bei Menschen auf der Erde. Die Oberflächenstruktur, die so genannte Hautfelderung, wird gröber, die Elastizität nimmt ab und verschiedene Hautschichten - Hornschicht, Oberhaut und Lederhaut - altern ebenfalls. Diese Veränderungen scheinen jedoch  reversibel zu sein, denn nach einem Jahr hatte sich der Zustand der Haut wieder normalisiert.

Wirkung von Anti-Aging-Wirkstoffen im Zeitraffer

Die Wissenschaftler hoffen auch, mit SKIN B Rückschlüsse auf die Veränderungen von Blutgefäßen und somit über die physische Belastung der inneren und äußeren Organe in der Schwerelosigkeit zu ziehen. "Sollten sich die SkinCare-Ergebnisse bestätigen, könnte an Bord der Raumstation der Alterungsprozess der Haut studiert und die Wirkung von ‚Anti-Aging‘-Wirkstoffen gewissermaßen im Zeitraffer getestet werden", erklärt Katrin Stang. Die Instrumente für SKIN B wurden von der Kayser-Threde GmbH im Auftrag des DLR Raumfahrtmanagements umgebaut und für den Weltraumeinsatz qualifiziert. Die Europäische Weltraumorganisation ESA ist bei SKIN B für den Transport zur ISS, das Training der Astronauten und den operationellen Betrieb im Columbus-Modul verantwortlich.

Extreme Hitze und Kälte im Wechsel, elektromagnetische Strahlung und Schwerelosigkeit – die Umgebungsbedingungen im Weltraum sind rau. Dennoch müssen Bauteile von Satelliten, der Internationalen Raumstation ISS und anderen Systemen diesen Einflüssen  standhalten und zuverlässig funktionieren. Im Rahmen des nationalen "On-Orbit-Verification" (OOV)-Programms  testet das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) die Einsatzreife von Weltraumtechnologien direkt im All: Kernelement ist der Kleinsatellit TET-1 vom Hauptauftragnehmer Kayser-Threde GmbH aus München.

Der "Technologie-Erprobungs-Träger" TET ist seit Juli  2012, mit insgesamt elf Experimenten an Bord, im Einsatz. Die bereits jetzt vorliegenden Ergebnisse aus der aktuellen Mission und künftigen Möglichkeiten werden anlässlich der TET Customer Days vom 21. – 22. März 2013 in Oberpfaffenhofen vorgestelt. Die Veranstaltung wird von Kayser-Threde im Auftrag des DLR ausgerichtet und bietet dem Teilnehmerfeld aus Raumfahrtagenturen, Forschungseinrichtungen und Industrie Gelegenheit zum Erfahrungs- und Meinungsaustausch. Die Erkenntnisse fließen in die Planung künftiger Missionen ein.

"In den vergangenen sechs Monaten konnten alle elf Technologieexperimente entsprechend des Zeitplans aktiviert und bereits viele Betriebsszenarien durchfahren werden", zeigt sich TET-Projektleiter im DLR-Raumfahrtmanagement Michael Turk mit dem Status der Mission zufrieden. Während des einjährigen Nutzlastbetriebs werden die Experimente abwechselnd auf dem Kleinsatelliten eingeschaltet und getestet. Dies erfolgt durch das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) des DLR in Oberpfaffenhofen. Die Technologieexperimente selbst wurden von Forschungseinrichtungen sowie der Industrie entwickelt und gebaut.

Experimente & Ergebnisse

So ist unter anderem der Raumflugbetrieb des DLR mit dem "Navigation and Occultation Experiment" (NOX)  an der Mission beteiligt. Ziel ist die Demonstration präziser Positions- und Bahnbestimmung eines erdnahen Satelliten mittels eines kommerziellen GPS-Empfängers. Dieser bietet eine einfache und kostengünstige Lösung, ist bisher jedoch nur für Anwendungen auf der Erde konzipiert. In einem zweiten Schritt soll auch die Tauglichkeit des Zwei-Frequenz-Empfängers als Sensor für die wissenschaftliche Sondierung der Erdatmosphäre erprobt werden. Die Auswertung der bisherigen Daten zeigt, dass der  verwendete Empfänger gute Positions- und Geschwindigkeitslösung liefert und eine Bahnbestimmung im Subdezimeterbereich ermöglicht. Negative Einflüsse der Weltraumbedingungen auf die verwendete Hardware konnten bisher nicht festgestellt werden.

Die ASP-Equipment GmbH steuert im Rahmen der TET-1 Mission das Experiment einer kommerziellen wiederaufladbaren Batterie bei, die mit hauseigener Prozesstechnologie raumfahrttauglich gemacht wurde. Ausgerüstet wurde die Batterie mit einem speziellen Batteriemanagementsystem und bietet so insgesamt einen kostengünstigen Ansatz. Die Messdaten belegen, dass die Batterie bisher keiner Degradation unterliegt – die Funktion der Batterie ist auch im Weltall vollständig gegeben. Für eine zukünftige TET Mission wird ASP ein weiteres Experiment vorschlagen: das Konzept des "Commercial Off The Shelf" (COTS) Converters. Mithilfe einer speziellen Verschaltung sollen europäische Transistoren künftig vergleichbare Wirkungsgrade wie sogenannte "MosFets" erzielen – amerikanische Feldeffekttransistoren die sehr leistungsstark sind, jedoch speziellen Exportkontrollbestimmungen unterliegen.

Ein weiteres Technologieexperiment ist der von Kayser-Threde entwickelte "Sensor-Bus" und zielt auf die Verringerung der Verkabelung an Bord eines Satelliten ab. So kann Masse und Komplexität reduzieren werden. Dieser Systemansatz ermöglicht mehr Flexibilität und eine vereinfachte Integration am Satelliten. Auf TET-1 wird der Sensor-Bus mit der ebenfalls eingesetzten, klassischen Verkabelung (NVS) verglichen. Die Datenauswertungen zeigen, dass der Sensor-Bus die klassische Sensor-Verkabelung ersetzen kann. Die Fortsetzung, der Hybrid Sensor-Bus (HSB), führt in die Erprobungsanwendung auf den SmallGEO Träger des geplanten deutschen Forschungssatelliten "Heinrich Hertz". Diese Technologie soll auch in die Weiterentwicklung des TET-Satellitenbusses einfließen.

TET-Zukunftspläne

Mit dem Konzept einer "TET-Familie" soll institutionellen und kommerziellen Kunden ein auf die jeweilige Anwendung zugeschnittener Satellit angeboten werden: für klassische OOV-Anwendungen, für die Erdbeobachtung sowie das frühzeitige Erkennen von Waldbränden. Gemeinsam mit Projektpartner Astro- und Feinwerktechnik Adlershof GmbH arbeitet Kayser-Threde daher an einer vom DLR beauftragten Voruntersuchung für eine nachfolgende Satellitenmission: TET-2.

Über das Projekt

Der TET-1 Satellit wird in Deutschland von einem Konsortium unter Führung der Kayser-Threde GmbH in Zusammenarbeit mit der Astro- und Feinwerktechnik Adlershof GmbH und DLR-Instituten gebaut. Die Projektleitung für das Gesamtvorhaben liegt beim DLR Raumfahrtmanagement. Unterstützt wird die Satellitenmission TET-1 durch die DLR Programmdirektion Raumfahrtforschung und Raumfahrttechnologie. Das Projekt wird finanziert aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie nach einem Beschluss des Bundestages.

Das Original des Kometenlanders "Philae" fliegt bereits seit dem 2. März 2004 durchs Weltall und wartet im Schlafmodus auf seine Ankunft am Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko. Die "Philae"-Modelle am Boden hingegen müssen zurzeit einiges aushalten: Sie werden im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) bis zur Belastungsgrenze getestet und geprüft. Die Wissenschaftler und Ingenieure wollen auf die erstmalige Landung auf einem Kometen im November 2014 bestens vorbereitet sein. In Bremen setzt ein originalgetreues Lander-Modell deshalb immer wieder auf dem Boden auf - mal in weichem Sand, mal auf hartem Boden, denn die Oberflächenbeschaffenheit des Kometen kennt noch niemand. In Köln wird eine "Philae"-Kopie mit Kommandos angefunkt und in Betrieb gesetzt. "Auf Probleme, die wir jetzt bei Landung und Betrieb mit den Modellen simulieren, sind wir bei der richtigen Landung dann gut vorbereitet", sagt Dr. Stephan Ulamec, DLR-Projektleiter für den Kometenlander, der an Bord der europäischen Raumsonde Rosetta unterwegs ist.

Es ist die Landung auf einem unbekannten Objekt: Über den genauen Landeplatz werden die Wissenschaftler und Ingenieure erst nach der Ankunft der Rosetta-Sonde mit Hilfe der ersten Kamerabilder entscheiden. Die exakte Anziehungskraft des Himmelskörpers, die Beschaffenheit des Bodens - all das kennen die Wissenschaftler nicht. "Der Komet könnte eine harte Eiskruste haben, es könnte aber auch lockerer, pulveriger Boden sein", betont Lars Witte, verantwortlich für die Tests mit einem der "Philae"-Modelle am DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen.

Die Grenzen des Landers austesten

Immer wieder hat das dreibeinige Modell in Originalgröße am Roboterarm der "Landing and Mobility Test Facility" (LAMA) die Landung auf dem Boden überstehen müssen. Mal mit 1,10 Meter pro Sekunde, mal etwas langsamer. Mal im senkrechten Anflug, mal mit geneigtem Aufsetzen. Mal in drei mit Sand gefüllten Töpfen, mal auf einer robusten Platte. Selbst eine mit einem Ölfilm beschichtete Stahlplatte haben die Wissenschaftler eingesetzt, um zu testen, wie der Lander reagiert, wenn er nur geringe Bodenhaftung hat. Immer wieder haben sich während dieser Tests die Eisschrauben in den Füßen des Landers herausgedreht, die "Philae" Halt auf dem Kometen geben sollen. "Wir testen letztendlich auch die Grenzen des Landers aus", sagt Witte. Dessen filigrane Struktur sieht zerbrechlicher aus, als sie ist.

Bei der Landung fängt ein Dämpfer die Kräfte ab, die auf "Philae" wirken. Sobald der kühlschrankgroße Lander mit zehn Instrumenten an Bord aufsetzt, schießen zwei Harpunen in den Kometenboden und verankern "Philae" auf dem Kometen. Statt der 100 Kilogramm Gewicht auf der Erde wird der Lander auf dem Kometen nur ein Gewicht entsprechend einem Blatt Papier haben. Es ist auch sehr wahrscheinlich, dass der Komet in Sonnennähe bereits aktiv ist und sich der charakteristische Schweif aus Eis- und Staubpartikeln bildet. Keine leichte Aufgabe für das "Philae"-Team, den Lander sicher auf den Himmelskörper zu bringen. "Die Landung wird automatisch geschehen, denn ein Steuerungskommando von der Erde zum Lander würde aufgrund der großen Entfernung etwa eine halbe Stunde benötigen", betont DLR-Projektleiter Stephan Ulamec. Wenn die entscheidende Phase beginnt, müssen die Wissenschaftler darauf vertrauen, dass die Software an Bord perfekt funktioniert.

Gewappnet für Probleme und Pannen

Im Kölner Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) muss deshalb ein weiteres "Philae"-Modell zeigen, dass es auch mit Problemen und Pannen zurechtkommt. Kabel, Verbindungen und Bauteile entsprechen originalgetreu dem Innenleben von "Philae", der bereits seit zehn Jahren durch das Weltall fliegt. Allerdings: Nicht immer sind die Bauteile dort, wo sie am eigentlichen Lander sitzen. In einem Schubkasten liegen die Fußsohlen, neben der Außenhülle die Harpunen, die sich in den Boden bohren sollen. "Für uns ist wichtig, dass die Verbindungen der einzelnen Bauteile wie beim Original sind - der Aufbau ist für die Tests zweitrangig", erläutert Dr. Koen Geurts, technischer Projektleiter für "Philae". Wenn die Raumsonde Rosetta mit "Philae" an Bord am Kometen angelangt ist, wird der Betrieb des Landers von einem Team im Kontrollraum des MUSC gesteuert.

Über mehrere Computer steuern zwei Ingenieure das Landermodell an. "Wir können alles simulieren, was dem Flugmodell geschehen könnte", sagt Geurts. "Und auch Dinge, die wir eher nicht erleben wollen." Wie soll "Philae" reagieren, wenn einzelne Subsysteme während des Abstiegs durch einen Kurzschluss ausfallen? Was sind die ersten Abläufe nach einer erfolgreichen Landung? Die Ingenieure proben die Widrigkeiten, die die Software dann autonom - ohne Unterstützung vom Boden aus - lösen soll. Kurz vor der Ankunft am Ziel wird die endgültige Prozedur zu "Philae" ins All gesendet.

Einmal auf Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko gelandet, beginnt dann unverzüglich die Arbeit für "Philae". Bis zu mehreren Monaten sollen die zehn Instrumente dann Daten für die Wissenschaftler liefern. Für drei Instrumente trägt das DLR die Hauptverantwortung: Die Kamera ROLIS wird bereits während der Landephase Aufnahmen von der Kometenoberfläche machen. Die Instrumente SESAME und MUPUS sollen den Kometenkern untersuchen, die Oberflächentemperatur messen und die Festigkeit des Kometen erforschen. "Die erste Landung überhaupt auf einem Kometen ist eine sehr schwierige Mission", sagt DLR-Projektleiter Stephan Ulamec. "Aber auch eine extrem spannende."

Der Forschungsballon BEXUS 15 hob am 25. September 2012 um 12:18 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit vom schwedischen Raumfahrtzentrum Esrange zu seinem mehrstündigen Flug in die Stratosphäre ab. Bereits am Tag zuvor war der Schwesterballon BEXUS 14 erfolgreich gestartet. An Bord der beiden gemeinsamen Missionen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Schwedischen Raumfahrtbehörde SNSB befanden sich sechs wissenschaftliche Experimente, die Studentengruppen aus Deutschland, Ungarn und Italien, sowie ein französisch-japanisches Team entworfen und gebaut haben.

Sonnenstrahlen hoch über den Wolken

Wie viel Licht an der Oberfläche von Materie reflektiert wird oder durch sie hindurchläuft, hängt sowohl von ihrer Beschaffenheit als auch von der Wellenlänge des Lichts ab. Diese Eigenschaft wird zum Beispiel genutzt, um mit Hilfe einer Sonnenbrille das schädliche UV-Licht aus den Sonnenstrahlen zu filtern. Ein Team von Studenten der Universität Oldenburg und der Technischen Fachhochschule Bochum untersucht in seinem SolSpecTre-Experiment (Measurement of Solar Spectrum), wie sich das Spektrum des Sonnenlichts verändert, wenn mit zunehmender Höhe des Ballons die Luft dünner wird.  Sie erwarten, dass die UV- und nahe Infrarotstrahlung im Verhältnis zum sichtbaren Licht ansteigt,  wenn der Gehalt an Sauerstoff, Stickstoff und anderen Gasen sowie der Wassergehalt und damit auch die gasspezifische Absorption abnehmen. Zur Messung verwenden sie ein Spektrometer. Damit genügend Sonnenstrahlung in dessen kleine Messöffnung fallen kann, hat das Team darüber einen nach außen gewölbten Spiegel angebracht, der dem Spektrometer einen "Rundum-Panoramablick" ermöglicht. "Es ist faszinierend, wie innerhalb eines Jahres aus einer einfachen Idee ein vollwertiges Experiment entstanden ist", freut sich Thomas Albin, der Leiter des Studententeams.

Mit der Wirkung von Weltraumstrahlung beschäftigt sich das Experiment BioDos von Studenten der Budapest University of Technology and Economics. Mit biologischen UV-Dosimetern möchte das Team in Abhängigkeit von der Ballonhöhe die biologisch effektive UV-Strahlungsdosis bestimmen, bei der eine Schädigung des in den Dosimetern enthaltenen biologischen Materials eintritt.

Mit AMES und MISSUS die Atmosphäre im Blick

Das Experiment AMES (Atmospheric Magnetical and Electrical field Sensors) wird von französischen Studenten des Gustave Eiffel College und der Universität Paris zusammen mit japanischen Studenten der Partneruniversität in Gakugei durchgeführt. Sie wollen während der gesamten Flugzeit die Stärke des elektrischen sowie des magnetischen Feldes vom Erdboden bis in die Stratosphäre messen.  Beide Datenreihen sollen anschließend in Relation zueinander gesetzt werden.

MISSUS (Meteorological Integrated Sensor Suite for Stratospheric analysis), das Experiment der italienischen Studenten der Universität Padua, umfasst ein ganzes Paket von Sensoren. Mit ihnen misst das Team die wichtigsten meteorologischen Daten Temperatur, Druck und Feuchte und bestimmt außerdem die Lage der Ballongondel sowie deren genauen Flugweg. Mit den Daten soll das theoretische Atmosphärenmodell der Wissenschaft in der Realität überprüft werden.

Experimente zur Weltraumstrahlung auf BEXUS 14

Bereits einen Tag vorher, am 24. September 2012, war der Forschungsballon BEXUS 14 mit zwei studentischen Experimenten an Bord gestartet. Mit ihnen wollen die Studenten verschiedene Anteile der Weltraumstrahlung erforschen. Studenten der Universität Kiel messen mit ihrem Experiment MONSTA (Measurement Of Neutrons with Scintillators in The Atmosphere) die Veränderungen der Neutronen- und Gammastrahlenflüsse, die beim Zusammenstoß hochenergetischer kosmischer Teilchen mit den Molekülen und Atomen der Atmosphäre entstehen. Die Höhenabhängigkeit dieser Teilchenflüsse sowie die daraus resultierende Dosis sollen bestimmt werden. "Auf BEXUS können wir diese Messungen in internationaler Kooperation durchführen. Das ist eine tolle Gelegenheit für uns", sagt Enno Scharrenberg, der Leiter des Teams.

In derselben Ballongondel hat ein Studententeam mehrerer ungarischer Universitäten gleich ein ganzes Sortiment an unterschiedlichen Strahlenmessgeräten (Dosimetern) zur modernen Experimentplattform TECHDOSE (Technology Platform for Advanced Cosmic Radiation and Dosimetric Measurements) integriert. Sie wollen damit ein möglichst vollständiges Spektrum von Strahlen in Abhängigkeit von der Sonnenaktivität untersuchen. Vergleichsdaten für die Ergebnisse liefert das Experiment eines anderen Teams, CoCoRAD, das auf BEXUS 12 mitgeflogen war.

Ein Wetterballon als Mini-BEXUS

Nach BEXUS 14 und 15 startet am 26. September 2012 ein Wetterballon mit einem weiteren Experiment der aktuellen Kampagne. Er trägt den Flugkörper des VEXREDUS (Vehicle Extended Reentry Duration - University Stuttgart) Studententeams der Universität Stuttgart und der schwedischen Universität Luleå in eine Höhe von etwa zehn Kilometern. Dort wird der Gleiter, der mit seiner übergangslosen Flügel-Rumpfverbindung unkonventionell geformt ist, ausgeklinkt und kehrt selbständig via Autopilot zu einem vorher festgelegten Landeplatz zurück. Die Studenten testen dabei das Flugverhalten des Geräts in dünner Atmosphäre. Eine hochauflösende Videokamera an Bord dokumentiert den Flug.

REXUS/BEXUS: das Programm für den wissenschaftlichen Nachwuchs

Das deutsch-schwedische Programm REXUS/BEXUS (Raketen-/Ballon-Experimente für Universitäts-Studenten) ermöglicht Studenten, eigene praktische Erfahrungen bei der Vorbereitung und Durchführung von Raumfahrtprojekten zu gewinnen. Die diesjährigen Ausschreibungen des DLR Raumfahrtmanagements sowie der schwedischen Raumfahrtbehörde SNSB (Swedish National Space Board) zu neuen Experimentvorschlägen für BEXUS 16 und 17 im Herbst 2013 sowie REXUS 15 und 16 im Frühjahr 2014 laufen bereits. Die Bewerbungen können bis 22. Oktober 2012 eingereicht werden.

Jeweils die Hälfte der Raketen- und Ballon-Nutzlasten steht für Experimente von Studenten deutscher Universitäten und Hochschulen zur Verfügung. Die schwedische Raumfahrtagentur SNSB hat ihren Anteil auch für Studenten der übrigen ESA-Mitgliedsstaaten geöffnet. Die Flugkampagnen werden von EuroLaunch, einem Joint Venture der Mobilen Raketenbasis des DLR (MoRaBa) und dem Esrange Space Center des schwedischen Raumfahrtunternehmens SSC, durchgeführt. Die deutschen Studententeams erhalten technische und logistische Unterstützung durch das DLR.

Der Standort Weilheim des Deutschen Zentrums für Luft-und Raumfahrt (DLR) ist um eine Satellitenempfangsanlage reicher: In Anwesenheit internationaler Gäste aus Politik, Forschung und Industrie wurde am 25. Juni 2012 die "Ka-Band Antenne" feierlich eingeweiht. Die neue Empfangsanlage arbeitet im kurzwelligen Ka-Frequenzband und dient zu Forschungszwecken. Sie soll vor allem testen, wie gut ein neuer Satellit im All funktioniert. Der Bau der Ka-Band Antenne wurde von Luxemburg und Deutschland zu gleichen Teilen mit jeweils 4,5 Millionen Euro finanziert und in einer Kooperation des DLR mit der Luxemburger Firma SES Techcom verwirklicht.

Besondere Eigenschaften

Größer, stärker und genauer - die neue Antenne in Weilheim schafft neue Dimensionen. Sie verfügt über einen Reflektor mit stolzen 13 Meter Durchmesser und deckt im sogenannten Ka-Band einen Frequenzbereich zwischen 18,1 und 30 Gigahertz ab. Mit 91 Dezibel Watt ist ihre Ausgangsleistung sprichwörtlich spitze. Zum Vergleich: In der Regel werden Ka-Band Antennen mit einem fünf bis sechs Meter großen Reflektor betrieben. Dadurch sind diese auf eine Ausgangsleistung von 83 Dezibel Watt beschränkt.

Als Tor in die neue Dimension muss die 13-Meter-Antenne höchste Anforderungen in der Herstellungsgenauigkeit und der Bewegungspräzision erfüllen. So ist ihr Parabolspiegel auf ein Zehntel Millimeter genau gefertigt und trotzt dabei allen saisonalen Außentemperaturen. Nur bei Ablagerungen von Schnee und Eis wird mit einem Heizsystem nachgeholfen, um stets die Oberflächenform der Präzisionsantenne zu garantieren. Die Richtgenauigkeit der Empfangsanlage beträgt 0,001° - ein Tausendstel Grad.

Eine weitere Besonderheit der Ka-Band Antenne ist die zusätzliche Ausstattung mit einem Messsystem. Es erfasst die Leistungsfähigkeit von Satelliten sowohl nach dem Start als auch während des laufenden Betriebs. Bei einem solchen In-Orbit-Testing (IOT) werden Kenngrößen wie Sendeleistung, Frequenzstabilität, Amplitudenfrequenzgang oder Gruppenlaufzeit eines Satelliten gemessen – ohne Einschränkungen für den eigentlichen Satellitenbetrieb. Die Messergebnisse zeigen die tatsächlichen Stärken und Schwächen eines Systems – lehrreiche Informationen für die Entwicklung von Satelliten und künftigen Missionen.

Erste Einsätze

Erste Einsätze mit der frisch eingeweihten Antenne stehen bereits an. So unterstützt das DLR eine Satelliten-Startkampagne für das Technologieunternehmen Intelsat: Der Satellit EchoStar 17 soll bereits in wenigen Tagen, am 05. Juli, in die Umlaufbahn geschickt werden. In Planung ist zudem eine Mission für den spanischen Satellitenbetreiber Hispasat. Hierfür soll die Ka-Band Antenne den Kommunikationssatellit HAG1 im Orbit testen. Der Launch von HAG1 ist für 2014 vorgesehen.

In den kommenden Jahren und Jahrzehnten werden viele Projekte von der leistungsstarken Antenne profitieren können. Sie eignet sich für Messkampagnen von Erdbeobachtungs- und Kommunikationssatelliten ebenso wie für Satellitenmissionen und Forschungsprojekte außerhalb der Erdsphäre. Eine Mondmission etwa oder "Heinrich Hertz", die deutsche Forschungsmission zur Untersuchung neuartiger Kommunikationstechnologien, könnten sich die Anlage in Weilheim zukünftig zu Nutze machen.

Raumflugkörper Shefex II des DLR erfolgreich gestartet

Zehn Minuten dauerte der Flug - dann landete das kantige Raumfahrzeug Shefex II wieder westlich von Spitzbergen. Die Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) starteten die sieben Tonnen schwere und fast 13 Meter lange Rakete mit ihrer Nutzlast am 22. Juni 2012 um 21.18 Uhr von der norwegischen Raketenstation Andoya. Beim Wiedereintritt in die Atmosphäre überstand Shefex Temperaturen von über 2500 Grad Celsius und sendete Messdaten von über 300 Sensoren zum Boden. "Mit dem Flug von Shefex II sind wir wieder einen Schritt weiter auf dem Weg, ein Raumfahrzeug zu entwickeln, das einfach gebaut ist wie eine Raumkapsel, aber Steuerungs- und Flugmöglichkeiten hat wie zum Beispiel das Space Shuttle - nur deutlich billiger", sagt Projektleiter Hendrik Weihs.

Wissen für den Wiedereintritt in die Atmosphäre

Bereits seit zehn Jahren entwickelt das DLR mit dem Shefex-Programm eine Technologie, mit der ein Flugkörper nach einem Flug ins Weltall wieder unbeschadet in die Atmosphäre eintreten und landen kann. Eckig und kantig ist der Flugkörper Shefex - seine Struktur besteht aus ebenen Flächen, die einfacher und somit kostengünstiger als die üblichen abgerundeten Formen hergestellt werden können. Auch aerodynamisch sind die scharfen Kanten vorteilhaft. Um die hohen Temperaturen zu beherrschen, die beim Eintritt in die Atmosphäre an diesen Ecken entstehen, entwickelten und testeten die DLR-Wissenschaftler verschiedene Hitzeschutzsysteme.

Mit dem Raumfahrzeug Shefex I, das am 27. Oktober 2005 startete, wurden erstmals Daten während eines realen Flugs gesammelt. Damals trat der Flugkörper mit siebenfacher Schallgeschwindigkeit in die Atmosphäre ein, der Flug durch die Atmosphäre dauerte 20 Sekunden. Shefex II hingegen flog bereits mit 11000 Kilometern in der Stunde und somit elffacher Schallgeschwindigkeit durch die Atmosphäre. Dabei erreichte der Flugkörper eine Höhe von etwa  180 Kilometern.

Projekt von sieben DLR-Instituten und -Einrichtungen

Die fliegende Experimentplattform Shefex ist eine Gemeinschaftsarbeit von sieben DLR-Instituten und -Einrichtungen: Das Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik führte unter anderem zahlreiche Windkanalversuche durch, berechnete das Strömungsfeld beim Wiedereintritt und stattet den Flugkörper mit Sensoren für die Messung von Temperatur, Druck und Wärmebelastung aus. Das Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung fertigte den Flugkörper an und entwarf und produzierte unter anderem die keramischen Thermalschutzsysteme. Bei einem dieser Hitzeschutzsysteme strömt während des Wiedereintritts Stickstoff durch eine poröse Kachel und kühlt so den Flugkörper. Das Institut für Flugsystemtechnik testete so genannte Canards, das sind Steuerflächen, mit denen die Lage von Shefex II aktiv gesteuert werden kann. Das Institut für Werkstoffforschung stellte unter anderem keramische Kacheln her, das Institut für Raumfahrtsysteme und die Einrichtung Simulations- und Softwaretechnik entwickelten eine Navigationsplattform zur Lagebestimmung des Raumfahrzeugs während des Flugs. Die Mobile Raketenbasis Moraba des DLR steuerte unter anderem das zweistufige Trägersystem hinzu, steuerte die Rakete und empfing die Daten, die Shefex während des Flugs sendete.

Auf dem Weg zum Raumgleiter

Zurzeit sind ein Bergungsschiff sowie ein Flugzeug auf dem Weg zur Landestelle, um den Flugkörper zu bergen. Gelingt dies, erhalten die Wissenschaftler weitere Daten. "Der Flug von Shefex II ist wieder ein Schritt hin zu einem Raumflugkörper, der höhere Temperaturen übersteht bei größerer Geschwindigkeit und längerer Dauer", sagt Projektleiter Hendrik Weihs. Über 300 Sensoren erfassten während des Flugs unter anderem Temperatur und Druck. Diese Daten empfingen die Forscher noch während des Flugs. "Wir haben eine Flut an Daten, die auch noch in den nächsten Jahren verwendet werden können." 2016 könnte Shefex III starten, der deutlich schneller fliegen, einem Raumgleiter ähneln und 15 Minuten in der Atmosphäre bleiben soll. Ziel der Forschung ist es, mit diesen Daten dann einen Flugkörper zu entwickeln, der nach seinem Start über Tage hinweg Experimente in der Schwerelosigkeit ermöglicht und anschließend unbeschädigt wieder auf dem Boden landen soll.

Heute vor genau fünf Jahren, am 15. Juni 2007 um 04:14 Uhr MESZ, startete der deutsche Radarsatellit TerraSAR-X vom russischen Kosmodrom Baikonur ins All. Das Datum steht für den Beginn einer neuen Phase der Satelliten-Fernerkundung in Deutschland. Auf fünf Jahre ausgelegt, hat der Erdtrabant seine Soll-Lebenszeit jetzt erfüllt – doch sein hervorragender Zustand läßt weitere erfolgreiche Betriebsjahre erwarten.

"Der Betrieb von TerraSAR-X läuft seit fünf Jahren nahezu fehlerlos. Der Treibstoffverbrauch des Satelliten war gering, Solarbatterie sowie Radarinstrumente sind in gutem Zustand, und es sind noch alle Ersatzsysteme vorhanden. Das hätten wir uns nicht besser wünschen können", freut sich Michael Bartusch, Projektleiter der TerraSAR-X-Mission beim Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Zuverlässig und hochgenau

TerraSAR-X wurde im Auftrag des DLR von Astrium gebaut und ist der erste Erdbeobachtungssatellit, der vollständig in Deutschland entwickelt wurde. Dank der Radarinstrumente an Bord kann die Erdoberfläche unabhängig von Wetterbedingungen, Wolkenbedeckung und Tageslicht vermessen werden. Mit einer Detailgenauigkeit von bis zu einem Meter liefert der Satellit seit Missionsbeginn dabei einmalige Datensätze. Damit hat TerraSAR-X seine Mission voll erfüllt: Die Bereitstellung von hochwertigen SAR-(Synthetic-Aperture-Radar-)Daten im X-Band für Forschung und Entwicklung sowie für wissenschaftliche und kommerzielle Anwendungen. Der kommerzielle Vertrieb der Daten erfolgt seit Anfang 2008 über den deutschen Teil von Astrium GEO-Information Services, der Infoterra GmbH.

Die hohe Genauigkeit und Verlässlichkeit der TerraSAR-X-Daten hat Wissenschaftlern aus unterschiedlichsten Forschungsrichtungen die Entwicklung ganz neue Anwendungen und Verfahren ermöglicht. Besonders gefragt sind Aufnahmen in Zeitreihen, um Veränderungen einer bestimmten Region anhand der hochaufgelösten Satellitenbilder exakt feststellen zu können.

Gletscher und Waldfrösche

Dies trifft etwa auf die Beobachtung von Gletschern in Grönland zu – mit ihrer Fließgeschwindigkeit dienen sie als Indikator für die globale Erwärmung. Für ein Forschungsprojekt der Universität von Washington werden die 20 wichtigsten Ausflussgletscher fünf mal im Jahr vermessen. Besonderer Augenmerk gilt dabei dem Jakobshavn Isbrae, der als einer der schnellsten Gletscher der Welt gilt. TerraSAR-X ist derzeit als einzigster Fernerkundungssatellit in der Lage, Aufnahmen in der notwendigen Auflösung und Zeitreihe für das Projekt zu liefern.

Für Klimaforscher nimmt der deutsche Radarsatellit sogar Waldfrösche in Nordkanada unter die Lupe. Denn die rund acht Zentimeter großen Amphibien sind ebenfalls ein Klimaindikator – verändert sich das Klima und der Lebensraum, wirkt sich das umgehend auf die sensible Population aus. Die Frösche brüten in kleinen Wassertümpeln, die sich in der Auftauperiode nach dem kalten Winter bilden und dann austrocknen. Den hochauflösenden Aufnahmen von TerraSAR-X entnehmen die Wissenschaftler des Terrestrial-Wetland Global Change Network nun, wann sich die Froschtümpel bilden und wie sie sich über die Zeit entwickeln. Zuvor waren sie hauptsächlich darauf angewiesen, Mikrofone aufzustellen und anhand der eingehenden Froschlaute auf den Bestand zu schließen. Mit den neuen Technologien aus der Fernerkundung können die Biologen nun ganz neue Wege gehen.

Berlin Hauptbahnhof

Eine ganz neue Anwendung findet TerraSAR-X auch in der Beobachtung von kritischen Infrastrukturen. Dies gilt für Brücken und insbesondere für Sicherheitsanlagen wie etwa Staudämme. Dank modernster Verfahren kann das Radarauge Verformungen - im Milimeterbereich – hochgenau nachvollziehen. Dies demonstrierten Entwickler vom DLR Oberpfaffenhofen in einer Zusammenarbeit mit der Technischen Universität München, am Beispiel des Berliner Hauptbahnhofs: Innerhalb eines Jahres verformt sich der Stahlkomplex vertikal um bis zu 1,8 Zentimeter und horizontal zwischen 1,5 und 3,5 Zentimeter. Die Aufnahmen von TerraSAR-X zeigen die saisonalen Unterschiede millimetergenau – in den warmen Jahreszeiten dehnt sich die Stahlkonstruktion aus und erreicht zwischen Juni und September ihren Höchststand. In der kühleren Jahreszeit zieht sich das Material zusammen und der Bahnhof "bewegt sich" wieder zurück.

Naturkatastrophen und Großereignisse

Einen wichtigen Beitrag leistet TerraSAR-X bei Naturkatastrophen, Großunfällen oder humanitären Hilfsaktionen. Für die bestmögliche Hilfe vor Ort benötigen Einsatzkräfte umfassende Lageinformationen – unabhängig von Tageszeit, Wetterlagen, detailliert und aktuell. Für TerraSAR-X kein Problem. Das DLR ist daher Mitglied der "International Charter Space and Major Disasters": Daten zur Notfallkartierung lieferte der Radarsatellit beispielsweise bei dem schweren Erdbeben auf Haiti 2010, den Überschwemmungen in Pakistan 2011 oder der Erdbeben- und Tsunami-Katastrophe in Japan. Zuletzt war TerraSAR-X während des Fußball Champions League Finales in München im Einsatz – für eine Testübung des Bundesamtes für Bevölkerungsschutz zur Lageerfassung bei Großereignissen.

…und: TanDEM-X

In den vergangenen fünf Jahren hat die deutsche Satellitenmission TerraSAR-X eine Vielzahl von Hilfseinsätzen und Projekten erfolgreich unterstützt oder überhaupt erst ermöglicht. Seit Juni 2010 befindet sich der Satellit in guter Gesellschaft. Mit seinem nahezu baugleichen Zwilling TanDEM-X fliegt TerraSAR-X in einer engen Formation um die Erde. Gemeinsam sollen sie ein hochgenaues Höhenmodell des Planeten erstellen.  Die eigenen Missionsziele unverändert im Blick, erfüllt  TerraSAR-X auch hier alle Erwartungen.

Über die Mission

TerraSAR-X wird im Auftrag des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie realisiert. Es ist der erste deutsche Satellit, der im Rahmen einer so genannten Public Private Partnership (PPP) zwischen dem DLR und Astrium realisiert wird: Die Nutzung von TerraSAR-X-Daten für wissenschaftliche Zwecke liegt in der Zuständigkeit des DLR, das auch die Konzeption und Durchführung der Mission sowie die Satellitensteuerung übernimmt. Astrium beteiligt sich an den Kosten für Entwicklung, Bau und Einsatz des Satelliten. Die Infoterra GmbH, eine eigens zu diesem Zweck gegründete Tochtergesellschaft von Astrium, übernimmt die kommerzielle Vermarktung der Daten.

12. SpaceOps-Konferenz in Stockholm eröffnet

Unter dem Motto "For the benefit of our world" (Zum Nutzen für unsere Welt) hat in Stockholm die internationale Raumfahrt-Fachkonferenz "SpaceOps 2012" begonnen. Bis zum 15. Juni 2012 diskutieren rund 650 Fachleute aus nahezu allen Raumfahrtnationen über den neuesten Stand von Forschung und Entwicklung im Bereich des Raumfahrtbetriebs. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist Co-Veranstalter.

Das DLR stellt in der schwedischen Hauptstadt das an seinem Standort Oberpfaffenhofen beheimatete Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) und die von hier aus gesteuerten Missionen vor. Auch die DLR Gesellschaft für Raumfahrtanwendungen (GfR), spezialisiert auf Anwendungen im Zusammenhang mit dem europäischen Satellitennavigationssystem Galileo, präsentiert sich im Waterfront Congress Center.

Zum Auftakt der die Konferenz begleitenden Ausstellung besuchte Schwedens König Carl XVI. Gustaf auch den DLR-Stand. DLR-Raumfahrt-Vorstand Prof. Hansjörg Dittus und GSOC-Leiter Prof. Felix Huber zeigten dem schwedischen Staatsoberhaupt unter anderem das digitale dreidimensionale Höhenmodell der Erdoberfläche, das aus Daten der deutschen Erdbeobachtungssatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X entsteht.

Ins Leben gerufen wurde die Fachkonferenz "SpaceOps" (Space Operations) von einem Komitee nationaler Raumfahrtagenturen im Jahr 1990. Damals zeichneten sich nach dem Ende des Ost-West-Konflikts neue Kooperationsmöglichkeiten auch in der Raumfahrt ab. Frühes Ergebnis dieser Zusammenarbeit: ein Netzwerk von Bodenstationen, das Satellitendaten über Staatsgrenzen hinweg an Wissenschaftler und politische Entscheider verteilt. Heute stehen die Raumfahrtbetreiber vor neuen Herausforderungen. Dazu gehört neben der ständig wachsenden Datenübertragungskapazität moderner Satelliten, die neue Übertragungsnetzwerke im All notwendig macht, vor allem die Bedrohung durch immer mehr Weltraumschrott. "Für eine Gesellschaft, die sich auf Raumfahrtsysteme und deren Dienste stützt, ist es unerlässlich, diese wertvolle Weltraum-Infrastruktur bestmöglich zu schützen", verdeutlichte Prof. Hansjörg Dittus, DLR-Vorstand für Raumfahrtforschung und -technologie, bei der SpaceOps-Eröffnung. "Die kompetente Erfassung der Weltraumlage in Echtzeit ist die Grundlage für verlässliche zivile und militärische Dienste", so Dittus, der in Stockholm auch für verbindliche internationale Abkommen zur Weltraumnutzung warb.

Zuvor hatte Carl XVI. Gustaf von Schweden in eindringlichen Worten auf die Notwendigkeit von Satellitendaten bei Klima- und Umweltforschung hingewiesen. Das durch Erdfernerkundung gewonnene Wissen helfe der Politik, Entscheidungen zu treffen, die zum Beispiel die Folgen von Naturkatastrophen milderten, betonte der schwedische König weiter. 

DLR-Flugkörper besteht letzte mechanische Tests vor dem Start

Bis zu 2000 Schwingungen in der Sekunde auf dem Schütteltisch und zwei Umdrehungen in der Sekunde auf dem Spin-Tisch überstand der Flugkörper Shefex II (Sharp Edge Flight Experiment) im April 2012. Bei diesen Tests wurden zum letzten Mal die Bedingungen simuliert, denen das Raumfahrzeug während des Starts im Sommer 2012 ausgesetzt sein wird. Mit Shefex erforschen die Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), wie ein Raumfahrzeug nach einem Flug ins Weltall möglichst sicher und kostengünstig wieder in die Erdatmosphäre eintreten kann.

Scharfkantig, ausgerüstet mit zahlreichen Experimenten, einer Kamera und Sensoren für Druck, Temperatur und Wärmefluss sowie Antennen - so wird der Shefex-Flugkörper von der Rocket Range auf der norwegischen Insel Andoya in eine Höhe von 250 Kilometer geschossen und anschließend mit elffacher Schallgeschwindigkeit wieder in die Atmosphäre eintreten. "Wir betreten mit der Mission technologisches Neuland", betont Projektleiter Hendrik Weihs vom DLR-Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung. Das Raumfahrzeug muss Temperaturen von über 2000 Grad Celsius aushalten, wenn es nach seinem Flug wieder durch die Atmosphäre zur Erde zurückkehrt und in der Nähe von Spitzbergen am Fallschirm landet. Ungewöhnlich ist vor allem die Form des Flugexperiments: Während herkömmliche Flugkörper eher abgerundete Formen haben, setzt Shefex II auf Kanten und Ecken. "Die kantige Form hat den Vorteil, daß das Thermalschutzsystem deutlich billiger herzustellen ist. Die scharfe Anlaufkante verbessert zudem die aerodynamischen Eigenschaften", erläutert Projektleiter Weihs. Der Flugkörper besteht dabei aus einzelnen glatten Facetten, die einfacher und somit kostengünstiger hergestellt werden können als beispielsweise die individuell geformten Kacheln eines Space Shuttles. Mit dem Raumfahrzeug testen die Wissenschaftler während des 45-sekündigen Wiedereintritts in die Atmosphäre auch verschiedene Hitzeschutzsysteme. Beteiligt an der Shefex II-Mission sind gleich sechs DLR-Institute und Einrichtungen: das Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik, das Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung, das Institut für Flugsystemtechnik, das Institut für Werkstoffforschung, das Institut für Raumfahrtsysteme sowie die Mobile Raketenbasis Moraba.

Schütteln und Drehen mit Hochgeschwindigkeit

Mit den Tests im Umweltlabor von Astrium Ottobrunn stellten die Wissenschaftler sicher, dass der Flugkörper die Belastungen des Starts und des anschließenden Flugs ohne Probleme absolvieren wird. "Um sich während des Flugs zu stabilisieren, muss sich die Rakete kontinuierlich drehen", erläutert John Turner, verantwortlich für den Einsatz der Mobilen Raketenstation Moraba des DLR, die Shefex von der norwegischen Raketenstation ins Weltall befördern wird. Ähnlich wie einen Autoreifen, der ausgewuchtet wird, balancierten die Ingenieure den Flugkörper für diese Drehungen aus. Außerdem gehörte die Prüfung auf dem Schütteltisch zu den abschließenden mechanischen Tests. In den ersten Sekunden des Starts wird die Nutzlast durch die Erschütterungen auf eine harte Probe gestellt - der Schütteltisch ahmte diese Situation nach. "Nach jedem Test überprüften wir, ob alles noch präzise funktioniert."

Testprogramm für Wiedereintrittstechnologie

Bei der Shefex II-Mission greifen die Wissenschaftler auf ihre Erfahrungen mit dem Flugkörper Shefex I zurück, der am 27. Oktober 2005 von Andoya aus startete. Das Nachfolgermodell Shefex II fliegt allerdings mit doppelter Fluggeschwindigkeit, kann über Steuerelemente beim Wiedereintritt erstmals aktiv gesteuert werden und bietet eine Verdoppelung der Experimentierzeit. Planungen für eine dritte Shefex-Mission beginnen zurzeit. Ziel der drei Missionen ist es, Erkenntnisse für eine neue Art von Wiedereintrittskörper zu sammeln, die nach einer Experimentierphase in der Schwerelosigkeit wieder unbeschadet - und somit wiederverwendbar - zur Erde zurückkehren. Als ein erstes Anwendungsbeispiel wird der REX-Free Flyer (Returnable Experiments in Space) untersucht. Dieser scharfkantige Raumgleiter könnte ab 2020 die Möglichkeit bieten, Experimente in die Schwerelosigkeit zu fliegen, dort einige Tage zu bleiben und anschließend wieder auf einem normalen Flughafen zu landen. "Damit würde sich die Lücke schließen zwischen minutenlanger Schwerelosigkeit bei den TEXUS-Flügen des DLR und der ständigen Schwerelosigkeit an Bord der Internationalen Raumstation ISS", betont Shefex-Projektleiter Weihs.

Das DLR

Das DLR ist das Forschungszentrum der Bundesrepublik Deutschland für Luft- und Raumfahrt. Seine umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in Luftfahrt, Raumfahrt, Energie, Verkehr und Sicherheit sind in nationale und internationale Kooperationen eingebunden. Über die eigene Forschung hinaus ist das DLR als Raumfahrtagentur im Auftrag der Bundesregierung für die Planung und Umsetzung der deutschen Raumfahrtaktivitäten zuständig.

TU Berlin und Bremer ZARM-Institut erste Teilnehmer

Seit Montag, 2. April 2012, können Studenten der TU Berlin und des ZARM-Instituts (Center of Applied Space Technology and Microgravity) der Universität Bremen ihre praktischen Fähigkeiten bei der Entwicklung einer eigenen Rakete unter Beweis stellen. Die Hochschulen sind die ersten beiden von voraussichtlich neun Teilnehmern des Förderprogramms STERN (Studentische Experimental-Raketen), das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ins Leben gerufen wurde.

ZEpHyR und DECAN sind schneller als der Schall

Die Studenten des ZARM planen die Entwicklung und den Bau einer einstufigen Rakete mit dem Namen ZEpHyR (ZARM Experimental Hybrid Rocket). Die rund 40 Kilogramm schwere und drei Meter lange Rakete  soll etwa 20 Kilometer hoch fliegen und dabei eine Geschwindigkeit von bis zu 2500 Stundenkilometern - also Überschallgeschwindigkeit - erreichen. Als Antrieb dient dabei ein von den Studenten entwickelter Hybridmotor. Im Gegensatz zu reinen Flüssig- oder Feststoffantrieben wird der Hybridmotor mit einer Treibstoffkombination betrieben, bei der einer der beiden Treibstoffe fest und der andere entweder flüssig oder gasförmig ist. Bereits während des Flugs werden die wichtigsten Bahndaten der Rakete zur Bodenstation gefunkt, wo die Studenten das Geschehen live mitverfolgen können.

Ein anderes Konzept verfolgt das Team von der Technischen Universität Berlin. Unter der Bezeichnung DECAN (Deutsche CanSat-Höhenrakete) entwickeln die Studenten eine Rakete, die von einer Ober- und einer Unterstufe angetrieben wird. Die erste Stufe der Rakete soll aus einem Heißwasserantrieb bestehen, bei dem das Wasser unter hohem Druck auf eine Temperatur von 330 Grad Celsius gebracht wird. Der dabei entstehende Wasserdampf treibt die Rakete ebenfalls mit Überschallgeschwindigkeit an. Für die zweite Stufe ist entweder ein Feststoff- oder ein Hybridmotor vorgesehen. Die Startmasse der etwa 4,5 Meter langen Rakete wird zwischen 100 und 150 Kilogramm betragen. Sie soll eine Flughöhe von rund zehn Kilometern erreichen. Auch hier wird eine Telemetrie-Einheit Daten zur Erde senden. Außerdem planen die Studenten ein wissenschaftliches Experiment als Nutzlast mitzunehmen.

Drei Jahre dauert es vom Entwurf bis zur fertigen Rakete

Die Entwicklung der Raketentechnik ist eine große Herausforderung für die Studenten. So führen die Teams unter anderem Computersimulationen durch, bei denen die Strömung innerhalb der Brennkammer und um den Raketenkörper herum ermittelt wird. Hinzu kommen Windkanal- und Motorentests sowie Festigkeitsberechnungen für einzelne Elemente der Rakete wie beispielsweise Tank und Motorgehäuse. Aber auch funktionale Aspekte wie die Zündung der Rakete, der Auswurf des Bergungssystems, die Separation von Stufen oder die Datenübertragung während des Flugs müssen berücksichtigt werden.  

Nachdem die Teams alle Hürden von Entwicklung, Bau und Reviews erfolgreich überwunden haben, kann schließlich der Start vom Esrange Space Center bei Kiruna in Nordschweden erfolgen.

Studentenprogramm STERN - Praxiserfahrung für den Raumfahrtnachwuchs

Das Nachwuchsprogramm STERN richtet sich an alle Hochschulen mit der Fachrichtung Luft- und Raumfahrttechnik und hat das Ziel, Studenten möglichst praxisnah an ihr späteres Berufsumfeld heranzuführen. In der dreijährigen Projektlaufzeit lernen die Studenten bereits während ihrer Ausbildung, wie reale Raumfahrtprojekte ablaufen und gemanagt werden. Sie lernen außerdem, systemübergreifend zu denken und als Team zu arbeiten.

Die programmatische Leitung des STERN-Programms erfolgt durch das DLR Raumfahrtmanagement in Bonn. Begleitet werden die Aktivitäten der Hochschulen durch die Mobile Raketenbasis des DLR (MORABA) sowie das DLR Institut für Raumfahrtantriebe in Lampoldshausen. Die beiden Partner werden insbesondere die Reviews begleiten, in denen die Studenten ihr Design gegenüber Experten präsentieren und rechtfertigen müssen. Auf dem DLR-Gelände in Lampoldshausen steht den Studenten außerdem ein Testfeld zur Verfügung, das sie für die Erprobung ihrer Raketentriebwerke nutzen können.

Das STERN-Programm ist langfristig angelegt, um nachhaltig den Forschungsnachwuchs im Bereich der Luft- und Raumfahrttechnik zu fördern. Nach Abschluss des jeweiligen Projekts können die Hochschulen erneut Fördermittel beantragen.

Ein Rendezvous bei 28.000 Stundenkilometern in rund 380 Kilometern Höhe ist auch für erfahrene Raumfahrtingenieure und Astronauten keine Routine: Applaus brandete deshalb nicht nur im ATV-Kontrollzentrum der Europäischen Weltraumagentur ESA in Toulouse auf, als der dritte europäische Raumtransporter mit dem Namen "Edoardo Amaldi" am 29. März 2012 um 0.31 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit (22.31 Uhr Coordinated Universal Time, UTC) an der Internationalen Raumstation ISS angedockt ist.

"Läuft alles planmäßig, wird ATV-3 am 27. August 2012 die Internationale Raumstation wieder verlassen und auf seinem Rückflug beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre verglühen", erklärt Volker Schmid, Leiter der ISS-Fachgruppe beim Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und zuständig für die Koordination der deutschen Beiträge des ATV-Programms der ESA. Das dritte Exemplar der ATV (Automated Transfer Vehicle)-Reihe, benannt nach dem italienischen Physiker und Weltraumpionier Edoardo Amaldi, war vor sechs Tagen, am 23. März 2012, vom Europäischen Weltraumbahnhof in Kourou zur Internationalen Raumstation ISS gestartet. Das 20 Tonnen schwere ATV-3 kann selbständig navigieren und ist automatisch an der Raumstation angedockt. ESA-Astronaut André Kuipers hat den Vorgang mit seinen Kollegen von der ISS aus überwacht.

Das ATV ist das europäische Versorgungs- und Antriebsraumschiff für die ISS. Im Vergleich zu seinen Vorgängern "Jules Verne" (2008) und "Johannes Kepler" (2011) hat Edoardo Amaldi rund 600 Kilogramm zusätzliche Trockenfracht an Bord. Insgesamt bringt ATV-3 knapp sieben Tonnen Nutzlast zur ISS. "Neben Nahrung und Kleidung, Wasser und Luft, Experimenten und medizinischer Ausstattung ist das vor allem Treibstoff für das russische Swesda-Modul - hier dockt ATV-3 an - und für die neun geplanten ISS-Bahnkorrekturen, die bis August vorgesehen sind", sagt DLR-Experte Schmid. Diese Manöver sind in regelmäßigen Abständen notwendig, um das Abbremsen der ISS durch den Widerstand der Atmosphäre und den damit einhergehenden Höhenverlust auszugleichen.

Zur wertvollen Fracht gehört aus wissenschaftlicher Sicht auch ein so genannter Re-entry Break-up Recorder (REBR). Dieses Gerät zeichnet die Beschleunigungen von ATV-3 beim Wiedereintritt auf und verglüht nicht. Volker Schmid: "Der Rekorder sendet in seiner letzten Flugphase die Daten über einen Iridium-Kommunikationssatelliten zur Bodenstation. Daraus lassen sich für uns Rückschlüsse über die Kräfte ziehen, die beim Wiedereintritt auf das ATV wirken." Zudem hat ATV-3 neun Experimente und Hardware zur ISS gebracht, darunter z. B. zwei Experimentmodule für die amerikanische Weltraumbehörde NASA, neue Proben für das ALTEA-Shield-Strahlendosimetrie-Experiment der ESA, Material zur Aufnahme von Proben menschlicher Ausscheidungen für das ENERGY-Experiment der ESA, Elektronikersatzteile für das BIOLAB-Labor im europäischen Columbus-Modul der ISS und Messgeräte für das NASA-Experiment VO2Max, das sich mit Veränderungen des Lungenvolumens in Schwerelosigkeit befasst. Außerdem transportiert ATV-3 eine besondere Pumpe zur Flüssigkeitsregulierung zur ISS; diese gehört zu einem System, mit dem die Astronauten Urin in Trinkwasser umwandeln können.

Edoardo Amaldi besteht aus einem  Antriebsmodul mit vier Haupttriebwerken und 28 kleinen Triebwerken für die Lagekontrolle, einem Avionikmodul mit der Elektronik, die für die Mission notwendig ist, und dem integrierten Frachtraum. Dieser hat direkt am Swesda-Modul der ISS angedockt und kann in den nächsten Monaten nach und nach von den Astronauten an Bord der Raumstation entladen werden. Das Andocken selbst dauerte etwa dreieinhalb Stunden und wurde auf den letzten 250 Metern vor der Kopplung von vier optischen Sensoren ausgeführt. Diese zielten mit Laserimpulsen auf Reflektoren am Swesda-Modul, um Abstand, relative Lage und Geschwindigkeit der Annäherung zu messen. ATV-3 stoppte zunächst rund 40 Kilometer hinter der ISS und näherte sich dann peu à peu an die Raumstation an.