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August | September 2021
kompakt D e i n E i n bli c k i n di e We l t d e r In ge ni e ur i nn e n u n d In ge ni e ur e
© NASA / Joel Kowsky
RAUMFAHRTTECHNIK P O R T R ÄT MONDKIND ab Seite 2
A N W EN D U N GS B EI S P I EL E M A R S B E S U C H E , N E W S PAC E U N D E - A N T R I E B I M W E LTA L L ab Seite 4
WETTLAUF ZUM MARS Die kommenden Jahre versprechen eine aufregende Zeit für die Raumfahrt zu werden. Die NASA will noch einmal zum Mond. Und als Fernziel stehen bereits bemannte Marsmissionen am Horizont. Erst kürzlich gelang der US-Raumfahrtbehörde die Landung der Raumsonde Perseverance auf dem roten Planeten. Dort kurvt nun ein NASA-Rover herum und führt Versuche durch. Außerdem trafen im gleichen Monat noch Hope Orbiter, das erste interplanetare Flugobjekt der Vereinigten Arabischen Emirate und die chinesische Tianwen-1Mission im Mars-Orbit ein. Die Emirate und China demonstrieren damit ihre enorm gewachsenen technischen Möglichkeiten. Auch Tianwen-1 hat einen Rover an Bord, der die Marsoberfläche aus der Nähe erkunden wird. Der Wettlauf im und um das All ist bunter und internationaler geworden. Wichtige Impulse gehen unter dem Stichwort New Space von der rasant wachsenden privaten Weltraumindustrie aus. An vorderster Front steht dabei Elon Musk mit Space X. Aber auch die Bundesregierung unterstützt private Startups bei der Entwicklung von Trägerraketen. Man träumt sogar von einem deutschen Weltraumbahnhof.
© Michael Bokelmann bei einem der größten Satellitenbauer Europas
MONDKIND Es gibt sie – jene Menschen, die als Kind wissen, was sie werden wollen und diesen Traum beinhart umsetzen. AnnTheres Schulz zum Beispiel. Sie baut Satelliten bei OHB, einem der größten Raumfahrtunternehmen Europas. Sollte ihre Oma mal fragen, was sie in ihrem Job eigentlich macht, würde sie sagen: „Ich sorge dafür, dass die Satelliten fliegen!“ Passt. Genau dafür sorgt sie. Und es gab auch nie eine berufliche Alternative in ihrem Leben. Die heute 29-Jährige war bereits als kleines Mädchen von der Raumfahrt regelrecht fasziniert. So sehr, dass der Opa ihr immerzu Geschenke machte, die etwas mit Planeten, dem Universum und Raumfahrt zu tun hatten. An ihrer Wand hing ein Poster des Basketballers Dirk Nowitzki und daneben – na klar – eine Karte unseres Sonnensystems mit den entsprechenden Planeten. Ein Abi später studierte sie Luft- und Raumfahrttechnik im holländischen Delft und landete schließlich, sanft wie in einer Raumkapsel, an drei seidenen Fallschirmen bei OHB in Bremen. Seitdem kümmert sie sich um die Entwicklung und den Bau von Satelliten.
plattdrücken, durch die man in die Halle blicken kann. „Die Halle“: So nennen die MitarbeiterInnen jenen Raum, in dem die Flugmodelle der Satelliten endgültig zusammengebaut werden. Unter Modell versteht man hier aber kein Holz- oder Kunststoffmodell im Maßstab 1:10. Stattdessen handelt es sich um jene realen Satelliten, die später im Kopf einer Rakete ins Weltall geschossen werden. Das ist kein Spiel – hier wird echte Weltraumarbeit geleistet. Und Ann-Theres Schulz ist mittendrin. „Wir bauen aktuell einen Satelliten auf, der aus zwei Teilen besteht. Aus der Plattform mit dem Antrieb, die den Satelliten später steuert, und den Messeinheiten, die von der Firma Thales Alenia Space aus Frankreich angeliefert und dann hier verbaut werden.“ © Michael Bokelmann
Ann-Tehres Schulz ist Ingenieurin
Weitere Infos zur Story online unter s.think-ing.de/ohb
MODELLARBEIT OHB ist der erste deutsche börsennotierte Technologie- und Raumfahrtkonzern mit weltweit 3.000 MitarbeiterInnen an 14 Standorten. Wer die Gelegenheit hat, dort eine Führung zu bekommen, wird sich die Nase an der riesigen Glasscheibe Das Innenleben des Satelliten in seiner urspünglichsten Form auf dem
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Labortisch
© Michael Bokelmann
JA H R E S P H A S E N
Schalter, Kabel, Rechner – ein Satellit ist ein überbordendes Netzwerk aus Elektronik
ÜBERLEBENSKÜNSTLER 7,5 Jahre soll CO2M dann mindestens funktionieren. Die WissenschaftlerInnen hoffen auf 13 Jahre, alles darüber hinaus wäre traumhaft. Die extrem präzisen Berechnungen, die Auswahl der perfekten Materialien, der Einsatz hochspezialisierter Fachleute, die zahllosen wie langjährigen Tests kosten zig Millionen, aber sie sorgen dafür, dass die Langlebigkeit der Satelliten mitunter erstaunlich ist. Die Raumsonden Voyager 1 + 2 starteten beide 1977, besuchten alle äußeren Planeten unseres Sonnensystems, schossen bahnbrechende Fotos und führten zahllose Messungen durch. Mittlerweile haben sie die Heliosphäre unseres Sonnensystems verlassen und befinden sich im interstellaren Raum. Bei Voyager 1 funktionieren noch vier Messinstrumente. Bei Voyager 2 sind es sogar fünf. Beide senden nach wie vor Daten zur Erde. Funksignale breiten sich in Lichtgeschwindigkeit aus und dennoch benötigen die Daten der Sonden mindestens 21 Stunden bis sie die Erde erreichen. Kein von Menschen gemachtes Objekt drang jemals so tief ins All vor. 45 Jahre nach ihrem Start. Die Prognosen für den derzeit im Bau befindlichen CO2M könnten besser nicht sein.
© Michael Bokelmann
Seit 2018 ist Schulz als Projektingenieurin bei OHB tätig. Anfangs arbeitete sie in der Vorentwicklung, mittlerweile ist sie für das Entwicklungsmodell verantwortlich. Dort wird die gesamte Technik, die später im echten Satelliten steckt, auf Tischen ausgebreitet, miteinander verschaltet und zum Laufen gebracht. Es ist quasi das verschachtelte Innenleben, das nun wie ein ausgeklappter Würfel offenliegt und dennoch voll funktionsfähig ist. Erst wenn alle Details des Modells passen und funktionieren, beginnt die räumliche Verdichtung. „Wir wissen, wie es aussehen soll. Jetzt müssen wir wirklich das Design detaillieren, bauen, testen und die Anforderungen unseres Kunden in Testläufen nachweisen.“ Es ist ein Prozedere, das Monate dauert. Das Entwicklungsteam unterteilt die Entstehung eines Satelliten in die Phasen 0, A, B, C, D und E. Derzeit befindet sich der Satellit in Stufe B. Pro Stufe kann man grob zwölf Monate Arbeit ansetzen.
T R A U M FÄ N G E R Ann-Theres Schulz traf bereits als Mädchen den damaligen deutschen Raumfahrer Thomas Reiter bei einer Lesung. Sie war eine ganz normale Besucherin, Reiter der Astronaut mit den tollen Geschichten. Die Faszination ebnete ihr einen langen Weg. Heute ist sie selbst eine Gestalterin, die ihre eigene Geschichte schreibt und dabei intensiv auf die Lerninhalte ihres Studiums der Luft- und Raumfahrt zurückgreift. „Vor allen Dingen in der frühen Planungsphase wendet man enorm viel vom Studium an. Wo es dann um den Orbit geht, welche Umlaufbahn wir auswählen, die Berechnung der Satellitenkonstellation etc. Das ist wirklich sehr, sehr eng mit dem Studium verzahnt“, erinnert sich die Ingenieurin. Und das macht doch viel Mut. Wer einen beruflichen Traum hat, kann ihn leben. Das klingt vielleicht banal. Manchmal auch verträumt, aber es zeigt sich abermals, wer etwas wirklich will, hat sein Glück in der Hand. Eine gehörige Prise Talent vorausgesetzt. Man muss allerdings bereit sein, viel Zeit und Energie zu investieren, damit sich der Griff nach den Sternen nicht in den endlosen Weiten verliert.
Hauptgewinn – wenn der Beruf eine Mischung aus Talent und Leidenschaft ist
W E LT R A U M W Ü R F E L Der Satellit in der Halle misst später 3,70 x 2,20 Meter. Ein zwei Tonnen schwerer Kasten, ausgestattet mit einem ausklappbaren Sonnenpaneel. Ab 2025 wird er durchs Weltall rasen und die Erde beobachten, um erstmals die von Menschen verursachten Kohlendioxid-EmissionsHotspots aus dem All zu vermessen. Die Europäische Kommission hat die Copernicus-Expansion Mission beauftragt. Die ESA realisiert es innerhalb des Copernikus-Programms unter anderem mithilfe von OHB. Einen Namen hat der Umweltsatellit auch bereits: CO2M. Klingt wie ein Bruder des glänzenden Protokoll-Droiden C3PO aus Star Wars. 03
© NASA /JPL-Caltech/ASU
MARSBESUCHE, NEW SPACE UND E-ANTRIEB IM BARRIEREFREIEN WELTALL
Perseverance war bereits Mitte Februar im JezeroKrater des Mars gelandet. Nebst Hubschrauber hatte er unter anderem ein Röntgengerät, ein Spektrometer, zwei Mikrofone, 23 Kameras und einen Laser an Bord. Da die Sauerstoffversorgung für künftige bemannte Mars-Flüge essenziell ist, verfügt der Rover auch über eine kleine Sauerstofffabrik, die CO2 aus der dünnen Atmosphäre saugen und komprimieren kann. Eine Supercam macht nicht nur Bilder, sondern führt vor Ort chemische und mineralogische Analysen durch. Perseverance soll nun einige Jahre durch die rote Landschaft rollen, Proben einsammeln und Material untersuchen. Bodenproben werden teilweise mithilfe der ESA zur Erde transportiert. Sie könnten den Schlüssel zu einem großen Geheimnis enthalten: Gab oder gibt es Leben auf dem Mars?
COSMIC KISS ODER DIE LIEBE ZUM ALL Matthias Maurer ist nach Thomas Reiter, Hans Schlegel und Alexander Gerst der vierte deutsche Astronaut auf der ISS.
gestartet und gelandet: Mini-Helicopter Ingenuity
Die erfolgreichen Kurzflüge einer Drohne auf dem Mars könnten ein Meilenstein sein auf dem Weg zur bemannten Marsmission. Ein kleiner Flug für die Drohne, ein Riesensatz für die Menschheit? Am 19. April 2021 um 13:00 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit brach bei den IngenieurInnen und technischen MitarbeiterInnen der NASA im kalifornischen Pasadena Jubel aus. Die Flugbedingungen sind auf dem roten Planeten gelinde gesagt widrig. Niemand wusste, ob der 1,8 Kilogramm leichte Hubschrauber mit dem Namen Ingenuity in der dünnen Marsatmosphäre – ein Prozent der Dichte der Erdatmosphäre – überhaupt vom Boden abheben oder ob die Bordelektronik den Nachttemperaturen von minus 90 Grad Celsius standhalten würde. Doch nun schwebte der kleine Helikopter drei Meter über dem Marsboden und setzte nach 30 Sekunden Flugzeit sicher wieder auf. So etwas war zuvor noch nie gelungen. In vier weiteren Testflügen erreichte die Drohne sogar zehn Meter Höhe und flog über 130 Meter weit. Die Bilder, die der Helikopter und der Marsroboter Perseverance zur Erde sandten, sind trotz mäßiger Qualität eine Sensation. Sie zeigen die Marsoberfläche und über ihr den Schatten des Hubschraubers.
© ESA / A. Romeo
Auf dem roten Planeten
DEN MARS PER HELIKOPTER ERKUNDEN
Der Name Cosmic Kiss, den der deutsche Astronaut Matthias Maurer für seine erste Weltraummission ausgewählt hat, steht für die besondere Verbindung, die die Internationale Raumstation (ISS) seit über 20 Jahren zwischen den Menschen und dem Kosmos herstellt. Ganz in diesem Geiste will die ESA künftig diverser werden. Als die Agentur im Frühjahr junge AnwärterInnen zur Bewerbung aufrief, wurden erstmals Menschen mit körperlichen Einschränkungen für eine Parastronaut Feasibility Study gesucht. Barrierefreiheit im Weltall – das passt gut zu Cosmic Kiss. Matthias Maurer gehört seit 2015 zum ESA-Astronautenkorps. 2020 wurde er von internationalen VertreterInnen als Nachfolger Alexander Gersts ausgewählt. Seine Mission soll im Herbst 2021 beginnen. Dann wird Maurer mit den NASA-Astronauten Raja Chari und Thomas H. Marshburn an Bord des SpaceX Crew-3-Flugs von Florida in den USA zur ISS fliegen. Maurer wird gemeinsam mit anderen ForscherInnen sechs Monate im Orbit leben und arbeiten. Der aus dem Saarland stammende Astronaut und Ingenieur hat in vier Ländern studiert und ist Doktor der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik.
Matthias Maurer beim simulierten Mondspaziergang auf der Erde
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Plasmastrahl eines SX3Triebwerks, das dem System Supreme den nötigen Schub
© NeutronStar Systems UG
geben soll
Supreme-Antrieb – mit einem Elektromagneten mit Supraleitern wird Plasma beschleunigt, um Schub zu erzeugen
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ELEKTROANTRIEB ALS ALLROUNDER Ein Kölner Start-up entwickelt einen Elektroantrieb, um Fracht im Weltall flexibel und preisgünstig von A nach B zu transportieren. In Zukunft werden auch im Orbit vermehrt Preisschilder hängen. Schon 2030 könnten 900 Milliarden Dollar im Jahr in der Raumfahrt erwirtschaftet werden – Tendenz steigend. Einige hundert Menschen, die dann wahrscheinlich in Erdorbit-Stationen oder auf dem Mond arbeiten, benötigen Transportraumschiffe und andere Infrastrukturen. Manuel La Rosa Betancourt, Chef des Kölner Start-ups Neutron Star Systems, will diese Entwicklung vorantreiben. Das elektrische System Supreme aus seinem Hause ist lenkbar und manövrierfähig und damit umfassend einsetzbar. Etwa beim Transport von Satelliten, bei der Müllbeseitigung im Erdorbit, bei Auftankmissionen oder Einsätzen im Asteroidenbergbau. Es verfügt über einen sogenannten magnetoplasmadynamischen (MPD) Antrieb, bei dem Schub mittels eines Elektromagneten erzeugt wird. Der MPD soll flexibler und schneller sein als vergleichbare Elektroantriebe. Als Leichtgewicht hat Supreme deutliche Vorteile: Während der Prototyp eines NASA-Ionenantriebs mit 100 Kilowatt etwa 230 Kilogramm auf die Waage bringt, wiegt der Kölner Antrieb gerade einmal 70 Kilogramm. Der Preis eines Raumtransports hängt aber nicht nur am Gewicht, sondern auch am Treibstoff. Statt des seltenen und teuren Xenons wandelt Supreme billigeres Argon oder Ammoniak in Plasma um. Der Antrieb sei von der Auslegung her robust und einfach, schwärmt Diplomingenieur Betancourt. Er lasse sich bis auf Megawattebene skalieren und öffne damit die Türen zu einem außerirdischen Transportsystem, Cargo- und Crewmissionen inklusive.
DEUTSCHE STARTUPS BAUEN SATELLITENTAXIS Der Microlauncher-Wettbewerb soll der privaten Raumfahrttechnik auf die Sprünge helfen. US-Unternehmen wie Space X oder Blue Origin, hinter denen die Milliardäre Elon Musk und Jeff Bezos stehen, sind Vorreiter der privaten Weltraumwirtschaft, New Space genannt. Weitgehend unterhalb des Radars der Öffentlichkeit tüfteln auch in Deutschland mehrere Firmen an kommerziellen Trägerraketen. Dazu gehört das an der TU München gegründete Start-up Isar Aerospace, das unlängst den mit elf Millionen Euro dotierten Mikrolauncher-Wettbewerb der Deutschen Raumfahrtagentur gewann. Mit dem Geld soll die 27 Meter lange Spectrum-Rakete weiterentwickelt werden. Bis 2023 wollen die IngenieurInnen zwei erste Demonstrationsflüge durchführen. Die Konkurrenzunternehmen HyImpulse und Rocket Factory Augsburg qualifizierten sich ebenfalls beim Wettbewerb und haben noch eine Chance auf Förderung. Das Preisgeld von insgesamt 25 Millionen Euro kommt aus einem Programm der ESA. Das Wirtschaftsministerium vergibt das Geld an Firmen, die kleine, moderne Trägerraketen mit einer Nutzlast von einigen hundert Kilogramm kommerziell entwickeln und Startdienstleistungen anbieten wollen. Technischer Hintergrund: Mittlerweile können immer kleinere und leichtere Satelliten gebaut werden, die von kleinen Raketen, sogenannten Mikrolaunchern, auf ihre Umlaufbahn gebracht werden. Gute Chancen für private Raumfahrtfirmen. Deutschland will in diesem internationalen Markt gern vorne mitspielen. Laut Büro für Technikfolgen-Abschätzung des Bundestages verfügen die deutschen New-SpaceAkteure über eine entsprechend leistungsfähige Forschung und Entwicklung. Es fehle allerdings noch an Risikokapital und unbürokratischer Förderung. © Rocket Factor y Augsburg AG
© Prof. Georg Herdrich, Institut für Raumfahrsysteme, Universität Stuttgart
Vor seiner Ausbildung zum Astronauten war er bei der ESA in Köln unter anderem Projektmanager für die Entwicklung einer Mondsimulationsanlage. Maurer verbrachte als Teil der Crew eines Forschungsprojekts 16 Tage unter Wasser und nahm an einem Meeresüberlebenstraining in China teil. In den Weltraum geflogen ist er bisher noch nicht.
Die Rocket Factory Augsburg AG entwickelt Trägerraketen wie die RFA ONE
© privat
WAS STUDIEREN? Ein Studium im Bereich Luft- und Raumfahrttechnik bereitet mit den Kernfächern Mathematik, Physik und Elektrotechnik auf eine individuelle Schwerpunktsetzung vor. Die Studierenden können beispielsweise Raumfahrtinformatik oder Luftfahrtmechanik wählen. Durch Praktika ist es bereits im Bachelor möglich, internationale Arbeitserfahrungen zu machen.
Jana Zorn studiert in Gießen an der Justus-Liebig-Universität
RAUMFAHRTFASZINATION IM STUDIUM
Eine Zusammenstellung einiger Studiengänge zum Thema findet ihr unter s.think-ing.de/raumfahrt
Der Weltraum. Für uns ist er so weit weg – für die 24-jährige Jana Zorn scheint er ganz nah zu sein. Sie studiert Physik und Technologie für Raumfahrtanwendungen an der Gießener Justus-Liebig-Universität. Im Interview erzählt sie, wie das Studium abläuft, was so fesselnd an dem Thema ist und wie es wahrscheinlich in den nächsten zehn Jahren mit der Raumfahrt weitergehen wird. WA S FA S Z I N I E R T D I C H A N D E M T H E M A L U F T- U N D R A U M FA H R T ? Im Weltraum passiert so viel Unvorstellbares, womit wir hier unten gar nicht konfrontiert sind, wie zum Beispiel die Erkundung von fremden Planeten oder das große Unbekannte im Universum. Im Laufe meines Studiums habe ich außerdem gemerkt, dass ich das Thema Satelliten und speziell deren elektrischen Antrieb richtig interessant finde. W E L C H E I N H A LT E B E H A N D E LT DA S STUDIUM? Der Studiengang ist zu einer Hälfte ein Physik- und zur anderen Hälfte ein Elektrotechnikstudium. Unser Studiengang ist im Vergleich zum reinen Fachstudium um einiges praktischer ausgelegt. Wir haben viele Experimentalvorlesungen und im Bachelor kann man in Form eines Praktikums ein Praxissemester absolvieren. Ich selbst war in Paris bei ONERA, dem französischen Pendant des DLR. Dort hatte ich sogar mein eigenes kleines Forschungsprojekt.
Das gesamte Interview mit Jana Zorn findet ihr online unter s.think-ing.de/zorn
W O S I E H S T D U D I E L U F T- U N D R A U M FA H R T I N Z E H N JA H R E N ? Die ganze Branche durchlebt gerade einen Wandel. Man fängt jetzt an, sich darüber Gedanken zu machen, was in Zukunft mit den Satelliten im Weltraum passieren soll, die nicht mehr aktiv im Einsatz sind. Sonst verbauen die irgendwann den Zugang für neue Satelliten. Außerdem wird jetzt schon sehr viel an elektrischen Triebwerken geforscht. Mehr Elektro heißt weniger Treibstoff, was wiederum weniger Kosten bedeutet. 06
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