Airbus Defence and Space

Neue Forschungsracks von Airbus Defence and Space: Mehr „heiße" und „eiskalte" Wissenschaft für die ISS

Cape Canaveral, 21. August 2009 - Wenn am 25. August das amerikanische Space Shuttle Discovery von Cape Canaveral, Florida (USA), zu seiner Mission (STS-128) ins All startet, hat es mit den Experimentieranlagen MSL (Materials Science Laboratory), Declic (Fluidphysik) und dem Weltraumgefrierschrank Melfi drei Forschungsanlagen an Bord, die unter der industriellen Führung des europäischen Raumfahrtunternehmens Airbus Defence and Space entstanden sind.

  • Space Shuttle Discovery bringt Experimentieranlagen zur Raumstation

           Materialwissenschaften mit MSL

           Fluidphysik mit Declic

           2. Weltraum-Gefrierschrank Melfi konserviert mehr Proben

Die Astronauten werden das "Materials Science Laboratory" und die Anlage Declic im Laufe der Mission vom Transportmodul MPLM (Multi-Purpose Logistics Module) an Bord der Raumstation bringen und damit grundlegende Vorgänge bei der Herstellung von metallischen Legierungen und Halbleitern untersuchen und thermo-physikalischen messen sowie Wachstumsprozesse und Flüssigkeiten am kritischen Punkt erforschen.

Durch den Ausbau der Internationalen Raumstation ISS ist die Anzahl an Besatzungsmitgliedern an Bord gestiegen. Aufgrund der jetzt möglichen zusätzlichen wissenschaftlichen Experimente benötigen die Besatzungsmitglieder dann auch mehr Platz zur Aufbewahrung ihrer Arbeitsergebnisse. Deshalb wird die Discovery im MPLM eine zweite Spezialkühleinrichtung, Melfi-2 (Minus Eighty Laboratory Freezer), zur ISS transportieren.

 

Das Materials Science Laboratory (MSL)

Die MSL-Anlage wurde im Auftrag der europäischen Weltraumorganisation ESA von einem europäischen Konsortium unter der Leitung von Airbus Defence and Space entwickelt und gebaut.

MSL dient der Untersuchung grundlegender Vorgänge bei der Herstellung von metallischen Legierungen und Halbleitern, sowie der Messung von thermo-physikalischen Eigenschaften solcher Stoffe. Dazu können in verschiedenen Ofeneinsätzen Proben unter genau kontrollierten Bedingungen aufgeschmolzen und erstarrt werden.

Das Ziel der Forschung besteht in erster Linie darin, später im industriellen Maßstab Werkstoffe mit verbesserten Eigenschaften oder zu geringeren Kosten auf der Erde herstellen zu können.

MSL nimmt die rechte Hälfte eines Standard-Doppelracks der Internationalen Raumstation ein und wird (als Teil des amerikanischen "Materials Science Research Rack") im US-Labor Destiny installiert werden. Es ist für eine Betriebsdauer von insgesamt zehn Jahren ausgelegt und wird in diesem Zeitraum einer großen Zahl internationaler Forschungsgruppen zur Verfügung stehen.

Zusammen mit MSL werden der erste Ofeneinsatz (Low Gradient Furnace, LGF) und die ersten sechs Experimente zur ISS gebracht. In die zentrale Prozesskammer der MSL-Anlage können nacheinander verschiedene Ofeneinsätze installiert werden, die jeweils optimierte Temperaturprofile für die zu untersuchenden Probensysteme bieten. Die derzeit verfügbaren Öfen decken einen Temperaturbereich bis 1400 Grad Celsius ab; für zukünftige Forschung kann dieser Bereich bis auf 1800 Grad Celsius ausgedehnt werden.

Um die Bedingungen der Schwerelosigkeit optimal nutzen zu können, werden alle Versuche unter hochgenau kontrollierten Bedingungen durchgeführt. So kann MSL bis zu acht Heizzonen im Ofen unabhängig voneinander regeln und hält dabei die Temperaturen der einzelnen Zonen genauer als 0,1 Grad Celsius stabil. Die Abkühlung der flüssigen Phase kann in wenigen Sekunden erfolgen (zum Beispiel, um Vorgänge zu simulieren, wie sie beim klassischen Gießen von Metallen auftreten) oder mehrere Tage in Anspruch nehmen.

Während des Erstarrungsvorganges können die Wissenschaftler die Position der Erstarrungsfront über Temperatur-Messsensoren in der Probe oder mit Hilfe von Ultraschallpulsen verfolgen. Zusätzliche Erkenntnisse lassen sich dadurch erzielen, dass durch ein Magnetfeld der flüssige Teil der Probe gezielt "umgerührt" wird.

MSL arbeitet vollautomatisch und sendet jede Sekunde Hunderte von Messdaten an das wissenschaftliche Nutzerzentrum MUSC in Köln-Porz. Von dort aus können während des Experiments alle Prozessparameter verändert werden, um ein optimales Experimentergebnis sicher zu stellen.

 

Fluidphysik mit Declic

Declic (Dispositif d’Etude de la Croissance et des LIquides Critiques, ein Instrument zur Erforschung von Wachstumsprozessen und Flüssigkeiten am kritischen Punkt) ist eine Multi-User-Einrichtung zur Untersuchung des Verhaltens transparenter Materialien unter Mikrogravitationsbedingungen an Bord der Internationalen Raumstation. Sie wurde von Airbus Defence and Space Aquitaine für die französische Raumfahrtagentur CNES entwickelt und gebaut.

Declic wird im japanischen Modul der internationalen Raumstation ISS installiert. Einen Monat später wird es in Betrieb genommen - Airbus Defence and Space wird CNES hierbei unterstützen. Declic ist ein Minilabor, ausgestattet mit hochpräzisen Instrumenten zur Thermalkontrolle und optischen Diagnostik für die Untersuchung von transparenten Materialien.

Die Anlage besteht aus zwei Einschüben: der eine beinhaltet die Beleuchtung, Sensoren und Mechanismen für die optische Beobachtung der Proben. Für jedes Experiment mit den jeweiligen Proben gibt es ein Modul, das in diese Einheit eingesetzt werden kann.

Der zweite Einschub enthält die notwendige Elektronik für die Experimentsteuerung, inklusive der Datenverarbeitung für die automatischen Experimentabläufe, Telemetrie, Verarbeitung von Kommandos, die von den Wissenschaftlern am Boden gesendet werden.

 

Wechselbare Experimentmodule ermöglichen die Durchführung verschiedener Versuche. Bisher wurden drei Module entwickelt:

  • Alice Like Insert (ALI): Beobachtung  von Flüssigkeiten/Gasen nahe dem kritischen Punkt,
  • High Temperature Insert (HTI): Untersuchung des Wärme- und Massentransports in überkritischem Wasser bei hoher Temperatur und hohem Druck. Von diesen Untersuchungen erhofft man sich Spin-Offs im Bereich "saubere Technologien" zur Energiegewinnung und Abwasserbehandlung.
  • DSI (Directional Solidification Insert): Beobachtung von Mikrostrukturen, die bei der Erstarrung von Materialien an der Schnittstelle zwischen Flüssigkeit und Festkörper entstehen. Die zum Boden übertragenen Bilder der transparenten (Modell-) Materialien ermöglichen die Simulation des Verhaltens von metallischen Legierungen, ohne den Transport von schweren Proben in den Orbit und wieder zurück zur Erde. Die sonst damit verbundenen enorm hohen Kosten entfallen somit.

 

Airbus Defence and Space in Aquitaine war verantwortlich für das Design, den Bau, sowie die Integration und Systemtests des Instruments im Auftrag von CNES. Der Vertrag beinhaltete die Lieferung des Flugmodells, sowie eines Ingenieur-, eines Labor- und eines Trainingmodells. Nach der Inbetriebnahme wird Declic gemeinsam von CNES und NASA genutzt: CNES, die die Entwicklung finanziert hat, und NASA, die den Transport zur ISS übernommen hat und die erforderlichen Resourcen zum Betrieb für drei Jahre bereitstellt. Declic wird vom Nutzerzentrum CADMOS in Toulouse betreut und betrieben.

 

Echt cool - der Minus Eighty Degree Freezer Melfi

Airbus Defence and Space Friedrichshafen entwickelte und baute für die ESA drei Einheiten des "Minus 80° Celsius Labor-Gefriergeräts Melfi". Die erste Einheit wurde im Juli 2006 mit der Mission STS-121 zur Internationalen Raumstation gebracht. Seitdem arbeitet Melfi-1 sehr erfolgreich und störungsfrei, friert und konserviert biologische und medizinische Proben für die Wissenschaft. Die Proben menschlichen, tierischen und pflanzlichen Ursprungs werden nach ihrem Rücktransport zur Erde von Wissenschaftlern analysiert.

Melfi ist eine Einrichtung in der Größe eines Racks, die auf der Raumstation ein gekühltes Volumen für die Lagerung und das Schnellgefrieren von lebenswissenschaftlichen und biologischen Proben bereitstellt. Solche Proben können in vier Behältern untergebracht werden, deren Temperatur unabhängig eingestellt werden kann (-80° Celsius, -26° Celsius oder +4° Celsius). Jeder zylindrische vakuumisolierte Behälter hat ein Volumen von 75 Litern, aufgeteilt in vier Sektoren. Jeder Sektor hat einen Einschub, der herausgezogen werden kann, ohne die Proben in den anderen drei Sektoren zu beeinflussen. Standard-Hardware ermöglicht das Einsetzen von Proben mit unterschiedlichen Formen und Größen.

 Das Melfi-Kühlsystem ist das Ergebnis eines sehr intensiven technologischen Entwicklungsprogramms. Die leistungsfähige Kältemaschine, welche die erforderlichen Temperaturen bei sehr begrenztem Energieverbrauch (höchstens 900 Watt) erzeugen kann, ist in einem komplexen Behälter, der Cold Box untergebracht, um thermische Verluste und die Verunreinigung der Kühlflüssigkeit zu minimieren. Die Cold Box enthält auch zwei Wärmetauscher mit insgesamt zehn Kilometer langen Rohrleitungen.

 Das Melfi-Kühlsystem, basierend auf einem geschlossenen Stickstoffkreislauf der durch eine kombinierte Komprimierungs-/Expansions-Turbine (bis 96000 U/min) über diverse Wärmetauscher zirkuliert wird, arbeitet sehr effektiv und außerordentlich leise. Dabei misst der Lärmpegel weniger als 40 dBA, im Vergleich zu ähnlichen Geräten am Boden ist das 100 mal weniger.

 Alle Leitungen und Komponenten, durch die der Stickstoff fließt sind doppelwandig mit Hochvakuum- und Mehrschicht-Isolation zwischen den beiden Wänden. Dies erlaubt die Beibehaltung der gewählten Temperatur bis zu einer Dauer von acht Stunden - auch ohne Energieversorgung. Die Kältemaschine wurde als Orbital Replacement Unit (ORU) entwickelt, das heißt, sie kann als Ganzes ausgetauscht werden. Sie kann in weniger als acht Stunden mit Spezialwerkzeugen von der Cold Box demontiert werden, um die Erhaltung von Proben auch im Fall eines Ausfalls zu sichern.

Das Melfi-Projektteam von Airbus Defence and Space baut und qualifiziert noch zusätzlich Austausch- und Ersatzsysteme wie Kühlturbine und Elektronikboxen sowie Transporthalterungen für den Transfer zur ISS mit dem russischen Progress-Raumtransporter. Ebenso entwickelt es neue Wartungsgeräte, die es erlauben die Melfi-Anlagen gegenüber dem ursprünglichen Plan von maximal zwei Jahren nun über einen langen Zeitraum (> 7 Jahre) auf der ISS zu betreiben.

 Die 1. Melfi-Flugeinheit, ursprünglich im US-Labormodul Destiny installiert, wurde zwischenzeitlich ins japanische Modul JEM transferiert und verrichtet dort ihre Dienste. Die 2. Flugeinheit ist nun an Bord der Discovery und soll mit der STS-128-Mission ins Weltall gebracht werden.

 Die 3. Einheit befindet sich derzeit noch bei Airbus Defence and Space in Friedrichshafen, wo die letzten Integrations- und Testarbeiten durchgeführt werden, bevor sie im September zum Kennedy Space Center nach Florida ausgeliefert wird. Mit Unterstützung von Airbus Defence and Space-Ingenieuren erfolgen dort weitere Tests und die Startvobereitungen. Melfi-3 soll dann mit einem der letzten Shuttle-Flüge Mitte 2010 zur ISS gelangen und die "Kühlschrank-Flotte" komplettieren.

 

Über Airbus Defence and Space

Airbus Defence and Space, eine 100-prozentige Tochtergesellschaft der AIRBUS Group, ist spezialisiert auf zivile und militärische Raumfahrtsysteme. Im Jahr 2008 erreichte  Airbus Defence and Space einen Umsatz von 4,3 Milliarden € und beschäftigte rund 15.000 Mitarbeiter in Frankreich, Deutschland, Großbritannien, Spanien und den Niederlanden. Das Kerngeschäft gliedert sich in drei Bereiche: Airbus Defence and Space für Trägerraketen und Weltraum-Infrastrukturen, Airbus Defence and Space für Satelliten und Bodensegmente sowie Airbus Defence and Space für die Entwicklung und Lieferung satellitenbasierter Dienstleistungen.

AIRBUS Group ist ein global führender Anbieter in der Luft- und Raumfahrt, im Verteidigungsgeschäft und den dazugehörigen Dienstleistungen. Im Jahr 2008 lag der Umsatz bei rund 43,3 Milliarden €, die Zahl der Mitarbeiter bei mehr als 118.000.

 

Medienkontakte: 

 Mathias Pikelj (Airbus Defence and Space D)                                                 Tel. : +49 (0) 7545 8 9123

Matthieu Duvelleroy (Airbus Defence and Space FR)                                      Tel. : +33 (0) 1 77 75 80 32

Jeremy Close (Airbus Defence and Space GB)                                               Tel. : +44 (0)1 438 77 3872

Francisco Lechón (Airbus Defence and Space SP)                                          Tel. : +34 91 586 37 41

 

 

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