Das Herzstück von Weltraummissionen: Antrieb

Erfolgreiche Handhabung kryogener Treibstoffe als Wegbereiter für die künftige Erforschung des Weltraums

Mehr als ein halbes Jahrhundert nach den ersten Schritten der Menschheit auf dem Mond treten wir in eine neue Phase von Weltraummissionen ein, einschließlich der Rückkehr zum Mond und der Reise zum Mars. Um dies zu erreichen, ist ein Umdenken bei den Antriebssystemen erforderlich. Unter Beteiligung des ZARM ist ein Übersichtsartikel in der Fachzeitschrift Nature Portfolio Journals „Microgravity“ erschienen, in der kryogene Flüssigkeiten, insbesondere flüssiger Wasserstoff und Methan in Verbindung mit flüssigem Sauerstoff, als die effektivsten und vielversprechendsten Treibstoffe für diese Raumfahrtmissionen angesehen werden. Bisher machen die Treibstoffe noch den größten Teil der Transportmasse eines Raumfahrzeugs aus, sodass die Neubetankung im Weltraum von entscheidender Bedeutung ist, um die Reichweite von Weltraummissionen zu verlängern. Die Arbeit ist das Ergebnis der Zusammenarbeit von Forschenden in einem Topical Team der Europäischen Weltraumagentur (ESA) und widmet sich den physikalischen Grundlagen der Handhabung von Treibstoffen. Sie wird als Basis für zukünftige Untersuchungen und Experimente dienen, wie z.B. einem Experiment mit flüssigem Wasserstoff auf einer Forschungsrakete.

Die kryogene Herausforderung

Kryogene Treibstoffe wie Methan oder Wasserstoff werden bei extrem niedrigen Temperaturen flüssig. Die überaus komplizierte Handhabung dieser Medien im Weltraum stellt eine erhebliche wissenschaftliche und technologische Hürde dar. Der Artikel befasst sich mit den wesentlichen Voraussetzungen für die Handhabung kryogener Treibstoffe, einschließlich Konditionierung, Lagerung, Kontrolle und Transfer. Die Arbeit zielt außerdem darauf ab, Lücken in unserem physikalischen Verständnis aufzuzeigen, die geschlossen werden müssen, um zukünftige Explorationsmissionen zu ermöglichen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist interdisziplinäre Forschung auf den Gebieten der Thermodynamik, Fluiddynamik und Strukturmechanik erforderlich.

Sprungbrett in den Weltraum

Für die Verlängerung der Reichweite und Dauer von Weltraummissionen ist die Betankung von Raumfahrzeugen außerhalb unserer Umlaufbahn essentiell. ZARM Direktor Marc Avila ist Co-Autor des Artikels und unterstreicht die Relevanz von Tankstellen im Weltall: „Die Möglichkeit Raumfahrzeuge aufzutanken, nachdem sie das Schwerfeld der Erde überwunden haben und auf der Strecke bereits den größten Teil ihres Treibstoffes verbraucht haben, ist eine notwendige Voraussetzung, um den Mars zu erreichen. Um aber tatsächlich eine Weltraumtankstelle in die Realität umzusetzen, brauchen wir Strategien, die wissenschaftlichen und technologischen Fortschritt vereinen." 

Link zum Artikel in Microgravity: www.nature.com/articles/s41526-024-00377-5

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