Kork als Hitzeschild

Was hier im Strahl eines Plasmabrenners Flammen schlägt, ist der Hitzeschild eines Miniatur-Satelliten – eines CubeSat. Paradoxerweise besteht dieser Schild aus Kork und damit aus einem nicht gerade stabilen oder feuerfesten Material. Doch genau dadurch soll der Korkschild den Satelliten beim Wiedereintritt schützen.

Der von der europäischen Raumfahrtagentur ESA entwickelte Qarman-Satellit ist der erste CubeSat, der einen Wiedereintritt in die Erdatmosphäre durchführen und überdauern soll. Normale Satelliten und Minisatelliten würden bei diesem Sturz durch die hohe Geschwindigkeit und die Reibungshitze verglühen. Doch der nur schuhkartongroße Minisatellit soll diesem Schicksal entgehen. Dazu verhelfen ihm unter anderem sein spezieller Hitzeschild und ein von einem wärmeisolierenden Aerogel umhülltes Innenleben.

Kork als Hitzeschild

In dieser Aufnahme zu sehen ist ein Test des Hitzeschilds, durchgeführt in einem leistungsfähigen Plasmaofen am Karman-Institut in Belgien. Im dortigen „Plasmatron“ können verschiedene Gasmischungen auf tausende Grad erhitzt und auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Dadurch lassen sich in dieser Anlage die Bedingungen beim Atmosphäreneintritt ziemlich genau nachstellen.

Der Clou an diesem Hitzeschild ist jedoch sein Material: Er besteht aus Kork. „Nicht die Sorte, die wir von Champagnerflaschen kennen, sondern eine spezielle Raumfahrt-Variante davon“, erklärt Olivier Chazot vom Karman-Institut. Wenn dieser Kork heiß wird, schwillt er zunächst an, dann verkohlt er und reißt der Luftstrom Fetzen des Materials mit sich weg.

Auf den ersten Blick scheint diese Ablation genannte Abtragung eher ungünstig. Doch weil mit den glühenden Korkstücken auch Hitze abgeleitet wird, schützt dieser Materialschwund letztlich die tieferen Schichten des Hitzeschilds und damit auch den Satelliten. „Ablation ist eine bewährte und getestete Hitzeschutzmethode in der Raumfahrt“, erklärt Chazot. Die Tests im Plasmatron, vor allem aber der erste Flug des Qarman-Satelliten durch die Erdatmosphäre sollen nun zeigen, wie gut sich der Kork-Hitzeschild hierbei bewährt.

Aus der Raumstation geschubst

Für seinen ersten Einsatz am 17. Februar 2020 wird der Qarman-CubeSat nicht von einer Trägerrakete ins All gebracht, sondern einfach von der Internationalen Raumstation ISS aus in den Orbit „geschubst“. Dafür platziert ein Astronaut den Minisatelliten und seine Startvorrichtung in der Luftschleuse des japanischen Kibo-Moduls. Dort holt ihn dann der Roboterarm des Moduls ab und schießt den CubeSat aus sicherer Entfernung von der Bordwand ins All hinaus.

Der kleine Satellit wird dann die Erde umkreisen und dabei – abgebremst von den dünnen Atmosphärenresten in dieser Höhe –allmählich immer tiefer sinken. „Es wird ungefähr sechs Monate dauern, bis er dann in die Atmosphäre eintritt“, sagt Chazot. „Herauszufinden, wie gut wir seine Bahn voraussagen können, ist einer der Gründe für diese Mission. Denn das ist wichtig, um unter anderem das Verhalten von Weltraumschrott zu beurteilen.

Ein weiteres Ziel der Qarman-Mission ist es, die genauen Prozesse und Bedingungen beim Wiedereintritt in die Atmosphäre zu untersuchen. Dafür trägt der CubeSat Thermosensoren, Drucksensoren und sogar ein Spektrometer unter seinem Kork-Schild. „Mithilfe einer kleinen Kamera werden wir die Spektren der Hitzestrahlung und die vom brennenden Kork losgelösten Partikel beobachten können“, sagt Chazot. Die dabei gesammelten Daten sollen dann unter anderem helfen, CubeSats zu entwickeln, die künftig Proben oder Daten unbeschadet zurück zur Erde bringen können.

Quelle: European Space Agency (ESA)