Hitzeschild von Huygens wurde in Stuttgart getestet

Über zwei Stunden benötigte die Raumsonde Huygens für den Flug durch die Atmosphäre des Saturnmondes Titan bis sie sanft auf der Oberfläche landete. Schutz vor den hohen Temperaturen beim Eintritt in die Atmosphäre erhielt die Sonde dabei von einem Schild aus „Glasschaum“, dessen Material im Plasmawindkanal des Instituts für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart getestet und für die Aufgabe qualifiziert wurde. „Das war damals eine große Herausforderung“, erinnert sich Prof. Monika Auweter-Kurtz, da zu Beginn der 90er Jahre, als der Test in Stuttgart durchgeführt wurde, noch sehr wenig über die Zusammensetzung der Atmosphäre und die Bedingungen beim Eintritt bekannt waren.

Der Schild aus einem „Glasschaum“ wurde von der französischen Firma Aerospatiale hergestellt, die selber nur über kleine Plasmawindkanäle, so genannte Hülsenbrenner, verfügte. Diese Anlagen erwiesen sich allerdings für die Nachbildung des Eintritts in die Titanatmosphäre in einer Bodentestanlage als unzureichend. Die Titanatmosphäre besteht zwar zum größten Teil aus Stickstoff, enthält jedoch auch Methan und einen Argonanteil. Problematisch für die Nachbildung im Plasmawindkanal ist dabei das Methan, da es bei der Verbrennung zerfällt und der Kohlenstoff sich in den Plasmageneratoren absetzt und dort Kurzschlüsse verursachen und die Anlage zerstören kann.

Die Stuttgarter Forscher besaßen als einzige ein funktionierendes Konzept, um den Generator mit Methan auch stationär betreiben zu können, so dass die Firma Aerospatiale die Qualifizierung schließlich im Stuttgarter Plasmawindkanal durchführen musste. „Plötzlich musste dann alles sehr schnell gehen“, berichtet Auweter-Kurtz, unter deren Anleitung damals Wolfgang Röck am Institut den Generator gebaut und die Tests durchgeführt hat. Denn die Anzahl und Auslegung der Messinstrumente wie Kamera und Mikrofon für die Sonde konnte erst festgelegt werden, nachdem die benötigte Hitzeschildmasse bekannt war. Das Gesamtgewicht für Huygens lag von Anfang an fest, so dass jedes Kilogramm, das am Schild eingespart werden konnte, für Instrumente genutzt werden konnte.

Anfang der 90er Jahre, als die Qualifikation durchgeführt wurde, wusste man noch sehr wenig über die genaue Zusammensetzung der Atmosphäre, der Methananteil etwa wurde zwischen einem und zehn Prozent angesetzt. Auch über das Reaktionsgeschehen in der sich vor dem Schild ausbildenden Plasmaschicht wusste man damals nicht viel, und daher konnte der Wärmefluss auf den Schild nur grob abgeschätzt werden. Klar war jedoch, dass sich Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen und andere Verbindungen mit Kohlenstoff bilden würden, die sehr intensiv strahlen, so dass auch ein Strahlungswärmeeintrag berücksichtigt werden musste. Die damaligen Vorgaben für den Test gingen von relativ zurückhaltenden Werten aus. In den letzten Jahren vor dem tatsächlichen Start der Sonde hatte man durch theoretische und experimentelle Untersuchungen jedoch Zweifel an den damaligen Werten bekommen. Seit fast zwei Jahren war man daher bei der ESA etwas nervös. Der Stuttgarter Wissenschaftler Wolfgang Röck hatte sich in seiner Dissertation mit den Bedingungen des Eintritts und insbesondere mit der Strahlung des Plasmas befasst. Auf der Grundlage dieser Arbeit prüfte nun die ESA, ob die Strahlung das Material nicht doch zu stark schädigen könnte. „Wir waren alle erleichtert, dass es nun so gut geklappt hat“, sagt Monika Auweter-Kurtz.

Weitere Informationen sowie auch Bildmaterial (Hitzeschild, Materialproben im Plasmawindkanal, den Generator mit Kohlenstoffspuren, etc.) gibt es am Institut für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart.

Kontakt (Dienstag, 18.1. sowie Freitag, 21.1.)
Prof. Dr.-Ing. Monika Auweter-Kurtz, Institut für Raumfahrtsysteme, Abteilung Raumtransporttechnologie, Tel. 0711/685-2378, Fax 0711/685-7527
e-mail: auweter@irs.uni-stuttgart.de

sonstige Zeiten:
Dipl.-Ing. Helmut Kurtz, Tel. 0711/685-2389
e-mail: kurtz@irs.uni-stuttgart.de