VIPER

Ein Team von 17 Studierenden der FH und RWTH Aachen hat sich Ende 2016 erfolgreich für einen Platz im REXUS/ BEXUS-Programm beworben. REXUS steht für Rocket Experiments for University Students und ist eine gemeinsame Initiative der deutschen und schwedischen Raumfahrtbehörden DLR und SNSB. Ziel von VIPER ist es, den Einschmelzvorgang einer Heizsonde in Eis unter Bedingungen zu untersuchen, die denen auf der Oberfläche von Enceladus ähneln. Das Schmelzexperiment wird an Bord einer Höhenforschungsrakete stattfinden. Sie erreicht auf einer parabelförmigen Flugbahn eine Höhe von ca. 90 km und bietet etwa 2-3 Minuten Schwerelosigkeit. Der Start ist für März 2018 geplant.

Enceladus ist ein vielversprechender Kandidat, wenn es um die Entdeckung von extraterrestrischen Lebensformen geht. Der Mond besteht aus einer äußeren Schicht Wassereis, an deren dünnster Stelle eine Dicke von 2 km vermutet wird. Darunter befindet sich ein globaler Ozean aus flüssigem Wasser, welches ununterbrochen durch Geysire ausgestoßen wird. Die Raumsonde Cassini bestätigte, dass im ca. 40 km tiefen Ozean Bedingungen herrschen, unter denen die Entstehung von Leben möglich ist.

VIPER (Vaporizing Ice Penetration Experiment on a Rocket) wird das erste Experiment sein, das Schmelz- und Sublimationsprozesse in Schwerelosigkeit und im Vakuum untersucht. Die damit gewonnenen Daten und Erkenntnisse sind Voraussetzung für eine zukünftige Forschungsmission zum Eismond. Dazu werden drei Heizsonden mit jeweils unterschiedlicher Anpresskraft auf Eisproben gedrückt. Da das Experiment nach international gültigen Standards für die Raumfahrt durchgeführt und auf einer Rakete fliegen wird, müssen hohe Anforderungen erfüllt werden.

Die Eisproben müssen ausreichend vorgekühlt und isoliert werden, um die Zeit vor und während des Raketenstarts im gefrorenen Zustand zu überstehen. Durch eine Kühlung mit Trockeneis erreicht das Eis eine Ausgangstemperatur von -70°C. Die drei Eisproben werden kurz vor dem Start durch eine Luke eingesetzt und mit Hilfe eines Mechanismus wasserdicht verschlossen. So werden die benachbarten Experimente nicht beeinflusst.

Zur Beobachtung des Vorgangs werden je Behälter 9 Temperatur-Sensoren rund um den Einschmelzzylinder im Eis platziert. Kameras zeichnen den Verlauf des Experiments im visuellen und infraroten Bereich auf. Außerdem werden Schmelzweg und Schmelzgeschwindigkeit gemessen.

Zielkonflikte bei der Strukturentwicklung entstehen durch die hohe geforderte Festigkeit gegenüber Vibrationen und statischen Lasten bis 20g einerseits und einer möglichst niedrigen Masse andererseits. Durch die Luftreibung bei mehrfacher Schallgeschwindigkeit erhitzen sich Bauteile stark und kühlen im anschließenden Vakuum am Rande des Weltalls kaum wieder ab. Es gilt, in dem kleinen zylindrischen Modul von nur 300mm Höhe und 356mm Durchmesser ein robustes und zuverlässiges Experiment zu konstruieren. Dabei müssen Gewicht und Volumen so gering wie möglich gehalten werden.

Auch die Elektronik ist den schwierigen Bedingungen ausgesetzt. Die Hardware muss Temperaturen von bis zu -70°C und dem Vakuum trotzen. Zusätzlich müssen einige Teile vor Feuchtigkeit geschützt werden. Die Elektronik ist ausschlaggebend für gute Messergebnisse. Eigens für das Experiment entwickelte Platinen übernehmen die Aufnahme der Messdaten. Zusätzlich stellen sie ein Power-Management bereit, das während der Schmelzphase zusätzliche Leistung liefert. Alle Komponenten müssen zudem mit der bestehenden Infrastruktur der Rakete kommunizieren.

Betreuender Professor

Prof. Dr.-Ing. Bernd Dachwald
Hohenstaufenallee 6
52064 Aachen
Room O2103
dachwald(at)fh-aachen.de
T: +49.241.6009 52343
F: +49.241.6009 52680

Studentischer Projektleiter

Michael Bartsch

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