Thermische Schutzsysteme halten der Hitze Stand
Thermische Steuersysteme bestehen aus zwei Materialien, die während der vielen Phasen einer Mission alle Fahrzeugkomponenten in einem tolerierbaren Temperaturbereich halten. Trotz der wechselhaften Wärmebelastungen und -umgebungen kommen bei allen diesen Systemen Materialien oder Beschichtungen mit hoher Emissiviät zum Einsatz, um eine maximale Abweisung der eingehenden Wärme sicherzustellen. Das EU-finanzierte Projekt THOR (Innovative thermal management concepts for thermal protection of future space vehicles) wurde ins Leben gerufen, um neue thermische Steuerkonzepte zu entwickeln. Durch umfassende Prüfkampagnen werden vier Konzepte unter realistischen Bedingungen des Wiedereintritts in die Atmosphäre verifiziert werden. Zwei Konzepte basieren auf der Minimierung thermischer Gradienten durch effiziente Übertragung der Wärme von stark belasteten Oberflächen auf weniger belastete Komponenten des Raumfahrzeugs. Durch Verwendung neuer keramischer Faserverbundwerkstoffe (ceramic matrix composite, CMC) mit integrierten leitfähigen Kohlenstofffasern arbeiten die THOR-Partner an der Maximierung des Wärmeaustauschs über Wärmeleitung und -strahlung. Aktive Kühlung ist ein Schlüsselmerkmal der anderen beiden THOR-Konzepte. Diese thermischen Steuersysteme werden mehrere Methoden des Wärmeschutzes in sich vereinen, darunter Transpirationskühlung für die äußeren Oberflächen und Konvektionskühlung auf Grundlage einer Sandwichstruktur aus einer CMC-Hülle und einem Keramikschaumkern. Für jedes Konzept werden derzeit Modelle konstruiert und hergestellt, die dann in den Lichtbogen-beheizten Windtunnelanlagen der THOR-Partner in Deutschland und Japan getestet werden sollen. Bis Ende des Projekts sollen die neuen thermischen Steuerkonzepte über einen technologischer Reifegrad von über zwei verfügen. Durch eine deutliche Verbesserung der aerodynamischen Leistung und der Flugbahnsteuerung für den Wiedereintritt in die Erdatmosphäre aus dem Orbitalflug wird das THOR-Projekt zum Erhalt der Führungsposition Europas im Bereich thermischer Schutzsysteme beitragen. Von denselben Technologien könnten auch Überschall-Luftfahrzeuge profitieren, insbesondere wenn sie zum Start einen Raketenantrieb verwenden.
Schlüsselbegriffe
Thermischer Schutz, Raumfahrzeuge, Atmosphäreneintritt, keramischer Faserverbundwerkstoff, Überschallflug
