Raumfahrt: Nasa testet aufblasbaren Hitzeschutzschild

Für Marslandungen und den Wiedereintritt schwerer Nutzlasten aus dem Erdorbit benötigt die Nasa größere Hitzeschutzschilde.

Artikel veröffentlicht am 10. November 2022, 15:22 Uhr, Frank Wunderlich-Pfeiffer

Darstellung des aufblasbaren Hitzeschutzschilds im Weltall (Bild: Nasa)

Loftid (Low Earth Orbit Flight Test of an Inflatable Decelerator) heißt der neueste Anlauf der Nasa, einen aufblasbaren Hitzeschutzschild für Raumsonden und Raumschiffe zu testen. Der Test des 6 Meter großen Schildes wurde auf Nasa-TV live übertragen. Er war erfolgreich und die Rückkehrkapsel landete um 13:03 Uhr Mitteleuropäischer Zeit etwa 800 km von Hawaii entfernt an einem Fallschirm im Pazifischen Ozean.

Ähnliche Versuche fanden bereits 2009 und 2012 statt, allerdings mit Schilden mit einem Durchmesser von nur 3 Metern und vergleichsweise niedrigen Geschwindigkeiten von Mach 5 und Mach 10, die zu einer wesentlich kleineren Hitzebelastung führen. Diesmal wurde der Wiedereintritt mit voller Geschwindigkeit aus dem Erdorbit getestet.

Loftid wurde an Bord der Centaur-Oberstufe einer Atlas-V-Rakete zusammen mit dem Wettersatelliten JPSS-2 in den Orbit transportiert. Die Nasa konnte zum Zeitpunkt der Veröffentlichung dieses Artikels allerdings noch nicht bestätigen, dass JPSS-2 seine Solarpanele entfaltet hat, obwohl Kontakt zum Satelliten besteht. Der Demonstrator wurde erst abgetrennt, nachdem die Oberstufe ihre Triebwerke erneut zündete, um den Orbit gezielt zu verlassen und über dem Ozean abzustürzen.

Schwere Raumschiffe haben Probleme beim Wiedereintritt

Aufblasbare Hitzeschutzschilde sind notwendig, um die Fläche zu vergrößern, mit deren Hilfe Raumschiffe in der Atmosphäre abgebremst werden. Je größer ein Raumschiff ist, desto proportional kleiner wird dessen Oberfläche. Dadurch wird es in der oberen Atmosphäre weniger stark abgebremst, es erreicht die tiefere, dichte Atmosphäre mit höherer Geschwindigkeit und wird dann in viel kürzerer Zeit viel stärker abgebremst.

Das schnellere Eindringen in die dichte Erdatmosphäre sorgt für eine deutlich höhere mechanische und thermische Belastung des Hitzeschutzschildes, der entsprechend dicker und schwerer gebaut werden muss und dann einen zu großen Teil der Gesamtmasse einzunehmen droht. Eine Landung in der dünnen Atmosphäre des Mars ohne zusätzliches Bremsmanöver durch Raketentriebwerke kann mit zu kleiner Oberfläche sogar unmöglich werden, wenn die Geschwindigkeit für die Nutzung der Fallschirme nicht ausreichend reduziert wird.

Eine der geplanten Anwendungen der Technologie in Erdnähe ist die Wiederverwendung von Raketentriebwerken. Die United Launcher Alliance, die auch die Atlas-V-Raketen herstellt, will die Triebwerke der ersten Raketenstufe ihrer neuen Vulcan-Rakete im Flug abtrennen. Sie sollen mit einem Hitzeschutzschild in die Atmosphäre eintreten und an einem Fallschirm hängend im Meer landen, ähnlich wie bei der Wiederverwendung der Electron-Rakete von Rocketlab. Wegen der deutlich höheren Masse am Fallschirm will die ULA aber auf das Auffangen mit dem Helikopter verzichten.

Bevor Marslandungen und die Wiederverwendung von Triebwerken denkbar werden, müssen aber zunächst die Flugdaten ausgewertet und praxistaugliche Konstruktionen erarbeitet werden.