Zuverlässiger Hitzeschutz für ESAs Space Rider

Mit Versuchen und Modellbildung trägt das Fraunhofer EMI dazu bei, dass der Space Rider der ESA erfolgreich wieder landen kann.

Mit dem Space Rider möchte die ESA 2024 erstmals ein wiederverwendbares unbemanntes Raumfahrzeug starten. Zum Ende jeder der derzeit vorgesehenen sechs Space-Rider-Missionen soll das Raumfahrzeug wieder in die Erdatmosphäre eintreten und danach sanft landen. Der dafür erforderliche Hitzeschutzschild wird während des Flugs im Erdorbit durch Einschläge von Mikrometeoroiden und Weltraumschrott beschädigt. Je nach Größe und Lage können derartige Schäden am Hitzeschutzschild beim Wiedereintritt unproblematisch sein, oder sie können zu einem Totalverlust des Raumfahrzeugs führen.

Um das tatsächliche Risiko durch solche Schäden beim Wiedereintritt bewerten zu können, sind geeignete Schadensmodelle erforderlich. Bisher wurden nur wenige vergleichbare Materialien in Impaktversuchen getestet, sodass hierfür keine allgemeinen Modelle existieren. Das Fraunhofer EMI hat daher im Auftrag des italienischen Zentrums für Luft- und Raumfahrt-Forschung CIRA das Verhalten des verwendeten kohlenstofffaserverstärkten Siliziumkarbids in realistischen Impaktszenarien untersucht. CIRA ist beim Space Rider unter anderem für die Entwicklung des Hitzeschutzschilds verantwortlich. Aus den bei den Impaktversuchen gewonnenen Versuchsdaten wurden am Fraunhofer EMI anschließend die für Risikoanalysen erforderlichen Schadensmodelle entwickelt.

Einige der am EMI beschossenen Proben möchte der Auftraggeber in seinem Plasmawindkanal Scirocco einem simulierten Wiedereintritt aussetzen. Dadurch können die kombinierten Auswirkungen verschiedener Umwelteffekte auf den Hitzeschutz untersucht werden. Solche kombinierten Versuche sind derzeit noch die Ausnahme. Sie liefern aber besonders wertvolle Daten für die Space-Rider-Mission und auch zukünftige Raumfahrtmissionen.