Großbrand in einer Raumkapsel: Experiment zur Feuersicherheit auf der ISS startet ins All

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Am 14. Oktober 2016 wird um 3:15 Uhr (MESZ) ein CYGNUS-Raumtransporter der US-amerikanischen Firma Orbital ATK auf einer Antares 230 Rakete von Wallops Island, Virginia, zur Internationalen Raumstation ISS starten. Der Inhalt des Transporters ist für das Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen von besonders großem Interesse.

Neben den Verbrauchsgütern zur Versorgung der Astronauten befindet sich unter den wissenschaftlichen Experimenten auch der internationale Versuchsaufbau SAFFIRE II, an dem das ZARM mit einer großen Materialprobe beteiligt ist. Angezündet im All soll sie Aufschluss über die Ausbreitung von Feuer auf bemannten Raumfahrzeugen geben.

Das Experiment

Den Hintergrund zu SAFFIRE II bilden die Bemühungen eines internationalen Wissenschaftsteams aus den USA, Russland, Japan und Europa um ein besseres Verständnis der Verbrennung fester Materialien in der Schwerelosigkeit. Die ZARM-Wissenschaftler fokussieren sich mit ihrem Beitrag insbesondere auf die Frage nach der Feuersicherheit auf bemannten Raumfahrzeugen. Zwar gibt es Prüfmethoden, nach denen derzeit Materialien zum Bau von Raumfahrzeugen qualifiziert werden, jedoch ist die Aussagekraft von Ergebnissen, die in einem Labor auf der Erde erzielt werden und dann 1:1 auf die Gegebenheiten auf einer Raumstation im Weltall übertragen werden, stark zu bezweifeln: An Bord einer Raumstation brennt ein Feuer deutlich schwächer als am Boden und die Ausbreitung ist stark verlangsamt, örtlich wird es aber viel heißer, da der fehlende Auftrieb in der Schwerelosigkeit die heißen Abgase nicht von der Brandstelle fortträgt. Ein Material, das im Erdlabor von selbst verlischt, kann also auf einer Raumstation im All durchaus weiter brennen. Auch sehen die bisherigen Standardtests nur die Untersuchung glatter, ebener Proben vor. Unsere alltägliche Erfahrung zeigt uns jedoch, dass Ecken und Kanten leichter Feuer fangen als eine Fläche. Daher ist die Brandgefahr im Inneren einer Raumstation, die nicht vollkommen glatt und ohne Strukturen ist, auch wahrscheinlich höher als die bisherigen Testverfahren vermuten lassen.

Im Rahmen des internationalen SAFFIRE II Experiments, welches von der NASA geleitet und finanziert wird, untersucht das ZARM daher den Verbrennungsfortschritt sowie die Flammenausbreitung einer großen Acrylglasprobe mit strukturierter Oberfläche, die in einem offenen Windkanal bei einer Luftgeschwindigkeit – ähnlich der der Klimaanlagen an Bord der ISS – entzündet und beobachtet wird. Bisher konnten solche Experimente nur an sehr kleinen Proben unter großen Sicherheitsvorkehrungen durchgeführt werden; die Frage nach der Übertragbarkeit der Ergebnisse auf ein großes, offenes Feuer blieb jedoch unbeantwortet. Erst im Jahr 2011 ist mit der Idee zum SAFFIRE-Experiment die Überlegung entstanden, derartig gefährliche Versuche auf einem Raumtransporter durchzuführen, der am Ende ohnehin in der Erdatmosphäre verglühen wird. Mit der CYGNUS-Kapsel steht somit nicht nur eine für die Forschungsfrage der ZARM-Wissenschaftler optimale Umgebung zur Verfügung, auch die enormen Kosten für eine eigenständige Weltraummission können drastisch reduziert werden.

Der Missionsverlauf und die Experimentserie

Der CYGNUS-Raumtransporter koppelt zunächst am 16. Oktober 2016 an die Raumstation an, wird von den Astronauten der ISS entladen, mit Abfällen und nicht mehr benötigtem Equipment beladen und voraussichtlich am 18. November 2016 zur Erde zurückgeschickt, wo er wenig später beim Eintritt in die Atmosphäre verglühen wird. In der Zeit zwischen dem Abdocken von der ISS bis zum Wiedereintritt und Verglühen wird das SAFFIRE-Experiment an Bord des Transporters gestartet, die Materialprobe des ZARM entzündet und die Daten zum Boden übertragen.

Doch soll es nicht allein bei einem Experiment bleiben. Um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen, wird SAFFIRE als Experimentserie auf sechs Flügen von CYGNUS-Raumtransportern im Zeitraum zwischen 2016 und 2019 durchgeführt werden. Die Erwartungen der ZARM-Wissenschaftler sind immens hoch, handelt es sich doch um bahnbrechende Experimente – die Bremer Forscher und ihre Kolleginnen und Kollegen legen mit SAFFIRE II den ersten echten Brand im Weltraum.

Mit großer Spannung blickt das ZARM auch auf den Raketenstart an sich. Der letzte Start der Antares 130 Trägerrakete im Oktober 2014 missglückte, die Rakete stürzte ab, wurde völlig zerstört und das Launch-Pad schwer beschädigt. Am 14. Oktober 2016 soll sich nun die Nachfolgerakete Antares 230 zum ersten Mal bewähren. Sie ist in der ersten Stufe mit zwei russischen RD 181 Motoren ausgestattet.