ESA-Projekt testet Materialien, die sich selbst reparieren
Ein europäisches Forschungsprojekt der Europäischen Weltraumorganisation ESA arbeitet an Verbundmaterialien, die Schäden an Raumfahrzeugstrukturen selbst erkennen und reparieren können. Die Technologie könnte künftig besonders bei wiederverwendbaren Raumfahrtsystemen Kosten senken und Wartungsaufwand reduzieren.
Bild: CompPair
Ein internationales Forschungsteam arbeitet an einer neuen Materialtechnologie, die beschädigte Strukturen von Raumfahrzeugen künftig selbstständig reparieren könnte. Die Schweizer Unternehmen CompPair und CSEM entwickeln gemeinsam mit dem belgischen Unternehmen Com&Sens im Auftrag der Europäischen Weltraumorganisation ESA ein selbstheilendes Verbundmaterial für die Raumfahrt. Das Projekt mit dem Namen Cassandra – kurz für Composite Autonomous SenSing AnD RepAir – soll Strukturen aus Carbonfaser so ausstatten, dass sie Schäden automatisch erkennen und beheben können. Das Vorhaben ist Teil der ESA-Initiative FIRST! (Future Innovation Research in Space Transportation), die neue Technologien für zukünftige europäische Raumtransportsysteme untersucht.
Im Mittelpunkt steht ein spezielles Verbundmaterial, das auf Kohlefaser basiert. Solche sogenannten Faserverbundstoffe werden in der Raumfahrt zunehmend eingesetzt, da sie leicht, stabil und korrosionsbeständig sind. Gleichzeitig reagieren sie empfindlich auf kleine Schäden oder Risse, die sich etwa durch Belastungen während Starts oder wiederholte Flüge ins All bilden können. Die von CompPair entwickelte Technologie HealTech enthält einen integrierten Heilungsmechanismus: Wird das Material erhitzt, aktiviert sich ein spezielles Harzsystem im Inneren und kann kleinere Schäden wieder schließen. Im Rahmen des Projekts wurde das Material zusätzlich mit einem Netzwerk aus Glasfaser-Sensoren ausgestattet, das Beschädigungen lokalisiert. Eine integrierte Heizstruktur aus 3D-gedrucktem Aluminium erwärmt die betroffenen Bereiche anschließend auf etwa 100 bis 140 Grad Celsius, sodass der Reparaturprozess einsetzen kann.
Erste Prototypen wurden bereits in unterschiedlichen Größen getestet. Dabei überprüften die Forschenden unter anderem, wie zuverlässig Schäden erkannt werden, wie gleichmäßig sich das Material erwärmen lässt und wie effektiv die Selbstheilung funktioniert. Zudem wurden Temperaturwechseltests durchgeführt, um das Verhalten des Materials unter Bedingungen zu simulieren, wie sie etwa in kryogenen Treibstofftanks auftreten. In einem nächsten Schritt soll die Technologie auf größere Bauteile übertragen werden, beispielsweise auf komplette Tanks für Raketentreibstoff.
Langfristig könnte das Material vor allem für wiederverwendbare Raumfahrzeuge interessant sein. Wenn kleine Schäden während des Betriebs automatisch erkannt und repariert werden, könnten Wartungsaufwand und Kosten deutlich sinken. Gleichzeitig ließen sich Strukturen länger nutzen und Ressourcen sparen. Nach Einschätzung der ESA könnte die Technologie damit einen Beitrag zum Aufbau nachhaltigerer Raumfahrtsysteme leisten und die Entwicklung neuer europäischer Trägersysteme unterstützen.
Quelle (Englisch): https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Transportation/Future_space_transportation/Self-repairing_spacecraft_could_change_future_missions