Im elsässischen Saint-Louis, gegenüber von Weil am Rhein, wird für die europäische Mars Mission (ExoMars) geforscht.
Im Jahr 2028 will die Europäische Weltraumagentur (ESA) die Exo-Mars Rosalind Franklin Mission (Exo-Mars II) auf den Weg zum Roten Planeten schicken. Wenn die Marssonde dann wie geplant im Jahr 2030 in die Marsatmosphäre eintritt, sollte die Raumkapsel tunlichst nicht auseinanderbrechen und den Mars-Rover an Board sicher auf der Oberfläche des Planeten absetzen. Der nach der britischen Biochemikern Rosalind Franklin – die als Erste die Doppelhelix-Struktur der DNA fotografierte – benannte Rover soll nach Leben auf der Marsoberfläche beziehungsweise im Marsboden suchen.
Wie sich die Raumsonde aerodynamisch verhält, wenn sie mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit in die Marsatmosphäre eintritt, hat die ESA mit einer Miniaturkapsel testen lassen und ein Video des Versuchs auf ihrer Instagram-Seite veröffentlicht. Diese Tests fanden im Auftrag der ESA beim Deutsch-Französischen Forschungsinstitut Saint-Louis (ISL) statt. Das binationale Institut für Sicherheits- und Verteidigungsforschung untersteht dem französischen und deutschen Verteidigungsministerium. Es ist eine der wenigen Forschungseinrichtungen weltweit, die sich auf das Thema Ballistik spezialisiert hat und sowohl das Verhalten von Projektilen im Flug als auch im Windkanal untersuchen kann.
Intelligente Munition
Unsere Zeitung hat sich mit den Projektverantwortlichen Richard Arning und Bastian Martinez sowie ISL-Pressesprecher Reemt Seibel über das Projekt unterhalten. Arning ist Leiter der Division „Intelligente Munition“, eine von vier Abteilungen des ISL, und zuständig für den „fliegenden Teil der Munition“. Sein französischer Kollege Martinez leitet das Ballistik-Team und leitete das Projekt.
Normalerweise wird hier Munition, beispielsweise für Haubitzen, getestet. Kriterien sind Präzision, Reichweite, Geschwindigkeit und natürlich auch die Wirkung, wie es heißt. Die dafür benötigte Technik eigne sich auch für zivile Forschung, wie beispielsweise den Auftrag der ESA, erklärt Arning. Bei der Entwicklung von Flugzeugen werden Modelle normalerweise im Windkanal getestet, das ISL hat zudem die Möglichkeit, die Modelle auch im freien Flug zu testen, ergänzt er. „Wir haben die experimentelle Möglichkeit, den Flug des Objektes zu vermessen und die aerodynamischen und thermischen Eigenschaften zurückzurechnen.“
Der Versuchsaufbau
Die beiden Forscher freuen sich über die Abwechslung. „Das macht auch Spaß und wir machen das gerne“, sagt Martinez. Auch wenn die Anwendung exotisch sei, verbirgt sich dahinter die gleiche Technik und es geht, egal ob Projektil oder Raumsonde, um ähnliche Strömungsbedingungen. „Wir lernen auch aus solchen Dual-Use-Projekten und können beispielsweise neue Sensoren entwickeln und testen.“
Die Original-Raumkapsel hat etwa einen Durchmesser von 3,80 Metern, bei den Tests auf dem Versuchsgelände im elsässischen Baldersheim wurde ein Modell mit acht Zentimetern Durchmesser auf rund 4000 Kilometer pro Stunde beschleunigt und der zwei Kilometer lange und gerade einmal 300 Millisekunden dauernde Flug mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgezeichnet.
Weil die Atmosphäre der Erde dichter ist als die des Mars, entspricht die Geschwindigkeit von 4000 Kilometern pro Stunde in etwa den rund 21 000 Kilometern pro Stunde, mit denen die Raumsonde in die Marsatmosphäre auftreffen wird. Die Versuche liefern daher auch realistische Ergebnisse.
Die Kanone, mit denen das Modell abgeschossen wird, hat einen glatten Lauf, so dass sich das Modell anders als eine Gewehrkugel nicht um seine Längsachse dreht. Das Modell wird übrigens leicht schräg aus der Kanone abgeschossen. Bei genauer Beobachtung des Videos fällt auf, dass das Kapselmodell leicht taumelt. Das sei durchaus beabsichtigt, damit der Hitzeschild auf der Unterseite der Raumkapsel nicht an einer Stelle belastet wird, erklären Arning und Martinez.
Solche Tests bereiten den Forschern Freude, die unter anderem auch neue Sensoren und Elektronik entwickelt haben, die beispielsweise verschiedene Parameter wie Druck, Beschleunigung, Temperatur im Innern des Modells aufzeichnen.
Concorde-Nachfolger
Versuche wie die für die ESA seien aber die Ausnahme. Zuletzt habe es ein ähnliches Versuchsprojekt im Auftrag der Europäischen Union gegeben. Dort wurde mit der Kanone und Hochgeschwindigkeitskameras nicht das Modell einer Raumkapsel, sondern der Flug eines Überschallflugzeugs untersucht. Die EU beteiligt sich an der Forschung und Entwicklung für eine neue Generation ziviler Überschallflugzeuge durch das Projekt SENECA, das die Regulierung und die Umweltverträglichkeit dieser Flugzeuge untersuchen soll.
SENECA (noiSe and EmissioNs of supErsoniC Aircraft) ist ein Konsortium aus europäischen Luft- und Raumfahrtunternehmen und Forschungseinrichtungen. Das Ziel ist es, die Geräusch- und Klimawirkungen dieser Flugzeuge zu reduzieren und sicherzustellen, dass sie umweltverträglicher sind als frühere Generationen wie die Concorde.
Das Institut Saint-Louis
Entstehung:
Während die USA sich nach dem zweiten Weltkrieg das Know-how des Raketenpioniers Wernher von Braun und dessen Teams sicherte, machten die Franzosen den deutschen Ballistiker Hubert Schardin ein Angebot und bauten ein entsprechendes Labor in Saint-Louis auf, das bereits am 1. August 1945 seine Arbeit aufnahm.
Binationales Institut:
Am 31. März 1958 wurde zwischen den Regierungen von Deutschland und Frankreich ein Abkommen geschlossen, mit dem das Institut unter dem Namen Deutsch-Französisches Forschungsinstitut Saint-Louis ISL seine Tätigkeit unter der Federführung beider Staaten ab dem 22. Juni 1959 aufnehmen konnte. Die Verteidigungsminister Jacques Chaban-Delmas und Franz Josef Strauß unterschrieben den Vertrag in Saint-Louis, nachdem zuvor beide Parlamente gleichlautenden Gesetzen zugestimmt haben.
Abteilungen:
Das Institut ist in fünf Divisionen unterteilt, die sich mit den Themen Energetische Materialien und Systeme, Zukünftige Waffensysteme und
Finanzierung:
Das ISL wird jeweils hälftig von den französischen und deutschen Verteidigungsministerien finanziert. Der staatliche Anteil macht etwa 90 Prozent aus. Etwa zehn Prozent stammen aus sogenannten Drittmitteln wie beispielsweise aus der Rüstungsindustrie.
Mitarbeiter:
Das ISL beschäftigt rund 400 Mitarbeiter, etwa die Hälfte davon sind Wissenschaftler, darunter auch Doktoranden und Werkstudenten.