Raumfahrzeuge, die sich im luftleeren Raum selbst reparieren können: Diese Idee wird heute dank der Arbeit des Schweizer Unternehmens CompPair, unterstützt von der Europäischen Weltraumorganisation, greifbar. Ein solcher Fortschritt würde Langzeitmissionen und wiederverwendbare Trägerraketen tiefgreifend verändern.
Dieses innovative Projekt, getauft auf den Namen Cassandra, entwickelt einen Verbundwerkstoff, der in der Lage ist, seine eigenen Beschädigungen ohne äußere Hilfe zu erkennen und zu korrigieren.
Ein Demonstrationsmuster des Projekts Cassandra. Die Technologie integriert Sensoren und ein Heizelement in einen Verbundwerkstoff, um eine autonome Reparatur von Schäden im Frühstadium zu ermöglichen.
Bildnachweis: CompPair
Die Funktionsweise des Systems basiert auf einem speziellen Verbundwerkstoff namens HealTech. Zwischen seinen Schichten aus Kohlenstofffasern ist eine Reparaturverbindung eingekapselt. Sobald sich winzige Risse bilden, die oft durch die Vibrationen beim Start oder Temperaturschwankungen verursacht werden, kann das Material einen Regenerationsmechanismus auslösen. Eine gezielte und mäßige Wärme reicht dann aus, damit das Mittel sich ausbreitet und diese Mikrorisse verschließt.
Die Erkennung der Schäden übernimmt ein Netzwerk von Faseroptiksensoren, die in die Struktur eingebettet sind. Diese Sensoren überwachen ständig den Zustand des Materials und ermitteln die genaue Stelle, an der ein Riss auftritt. Nach der Lokalisierung der Anomalie kommen 3D-gedruckte Aluminium-Heizgitter zum Einsatz, um genau die betroffene Zone zu erwärmen.
Tests an Platten von etwa vierzig Zentimetern Größe haben die Wirksamkeit des Systems bestätigt. Es erkennt Risse korrekt, verteilt die Wärme gezielt und ermöglicht es dem Material, nach dem Eingriff seine ursprüngliche Festigkeit wiederzuerlangen. Die Teams arbeiten nun an der Anpassung dieser Technologie für größere Bauteile, wie beispielsweise kryogene Treibstofftanks.
Infrarotaufnahmen des Reparaturprozesses durch Erwärmung an einem Testmuster des Projekts Cassandra.
Bildnachweis: CompPair
Diese Fähigkeit zur Selbstregeneration bietet einen offensichtlichen Reiz für wiederverwendbare Raumtransportsysteme. Fahrzeuge, die viele Start- und Rückkehrzyklen absolvieren, sind wiederholten Belastungen ausgesetzt. Die Möglichkeit, bestimmte Schäden automatisch zwischen zwei Flügen zu beheben, würde Inspektionszeiten und Wartungskosten begrenzen und gleichzeitig die Lebensdauer der Teile verlängern.
Ein Vertreter der Europäischen Weltraumorganisation gab an, dass diese Neuheit dem europäischen Raumfahrtsektor große Vorteile bieten könnte, insbesondere indem sie die Konzeption wiederverwendbarer Infrastrukturen erleichtert. Die Leiterin für Forschung und Entwicklung bei CompPair ihrerseits zeigte sich zufrieden mit der gezeigten Leistung dieser Verbundwerkstoffe, die sie als konform mit den strengen Anforderungen an wiederverwendbare Tanks und Raumfahrtstrukturen einschätzt.
Quelle: Europäische Weltraumorganisation