DLR untersucht Raketentriebwerke für die Nasa
Raketen kontaminieren ihre Landestellen. Wie das verhindert werden kann und welche Treibstoffe am schädlichsten sind, erforscht das DLR mit einem eigenen Versuchsstand – unter anderem für die Raumfahrtagenturen Nasa und ESA.
Foto: DLR
Wie kann verhindert werden, dass Raumschiffe und -sonden ihre Landestellen kontaminieren? Um das herauszufinden hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) an einem Versuchsstand in Göttingen Untersuchungen für das Jet Propulsion Laboratory der Nasa durchgeführt. Die Ergebnisse könnten zum Beispiel helfen, zukünftige Missionen zum Jupiter-Eismond Europa zu planen, unter dessen dicker Eiskruste ein Wasserozean Leben beherbergen könnte.
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Problematisch ist das Phänomen der Treibstrahlkontamination: Abgase aus den Raketentriebwerken verunreinigen die Stelle, an der eigentlich nach Leben gesucht werden soll. Bei der Landung einer Raumsonde treffen diese Abgase auf die Oberfläche. „Wenn dann nach organischen Bestandteilen als Zeichen für Leben gesucht werden soll, könnten diese schlimmstenfalls von den eigenen Treibstrahlen stammen“, erklärt Martin Grabe vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik. Treibstrahlen aus Raumfahrtantrieben auf Hydrazinbasis enthalten laut DLR Bestandteile wie Ammoniak und Kohlenstoffverbindungen – Stoffe, die auch als Marker für Leben verwendet werden.
Göttinger Versuchsanlage: Treibstrahl verhält sich wie im All
Die Forschung für das Jet Propulsion Laboratory (JPL) wurde auf der Simulationsanlage für Treibstrahlen Göttingen – Chemische Triebwerke (STG-CT) durchgeführt. „Das ist die einzige Anlage der Welt, die eine so große Pumpleistung hat, dass sich die Treibstrahlen von untersuchten Triebwerken ausbreiten wie im All“, sagt Grabe.
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Versuchsstände andernorts haben demnach mit dem Problem zu kämpfen, dass die Abgase des Triebwerks an der Wand abprallen und dann den untersuchten Strahl verfälschen. Um das zu vermeiden, wird der Treibstrahl in Göttingen „gefangen“. Die Wände werden mit flüssigem Helium auf -269 °C heruntergekühlt; die Gasmoleküle frieren an den Wänden fest und der Treibstrahl verhält sich in etwa so, als gäbe es keine Wände. Dafür muss die Anlage nach DLR-Angaben drei Tage lang abgekühlt werden. Noch einmal fünf Tage dauert es, bis sich die Anlage anschließend wieder erwärmt hat.
Forschung für die Nasa: Das Problem mit dem Hydrazin
In den Versuchen für das JPL hat das DLR die Treibstrahlen von zwei verschiedenen Triebwerken auf annähernd 120 verschiedene Materialproben gerichtet. Die chemische Analyse der Proben erfolgt nun am JPL.
Die Auswertung der Treibstrahlen in Göttingen hat dem DLR zufolge gezeigt, dass ähnliche Triebwerke sehr unterschiedliche Kontaminationen verursachen können. Es spielt zum Beispiel eine Rolle, ob das Triebwerk bereits vor der Landung gezündet war. Im Abgas sind dann unterschiedlich große Mengen des Raketentreibstoffs Hydrazin enthalten, der sich – anders als angenommen – in der Brennkammer nicht vollständig zersetzt. Eine zweite Erkenntnis: Hydrazin im Treibstrahl wirkt besonders stark auf kupferhaltige Komponenten. Gerade die werden aber vielfach auf interplanetaren Missionen eingesetzt.
Die Forschungsergebnisse können bei der Planung künftiger Missionen helfen. „Je mehr wir wissen, desto besser können Raumfahrzeuge und Missionen die unvermeidbare Treibstrahlkontamination schon in der Planungsphase berücksichtigen“, sagt Grabe. Die ESA hat zwei Forschungsaufträge an das Göttinger Labor vergeben.
