Die Welt ist nicht genug:

Mikroventile auf dem Weg ins Weltall


Gibt oder gab es Leben auf dem Mars? Ist alles Leben auf dem blauen Planeten außerirdischen Ursprungs? Fragen, die die Menschheit schon lange Zeit bewegen. Ihre Beantwortung rückt Stück für Stück näher, da die Raumfahrt in den vergangenen Jahren mächtig Fahrt aufnahm. Unverzichtbar für die Missionen sind stets Mikroventile. Ihnen ist die Welt nicht genug...


Eine bewegte Geschichte haben die 28 Ventile der Raumsonde "Rosetta" der europäischen Raumfahrtagentur ESA hinter sich. Innerhalb eines Jahrzehnts legten sie mehr als sechs Milliarden Kilometer zurück. Im August 2013 erreichte die Muttersonde Rosetta ihr eigentliches Ziel: den Kometen Tschurjumow-Gerassimenko. Seitdem umkreist die Sonde den fünf Mal drei Kilometer großen Kometenkern in einem Abstand von sechs bis 30 Kilometern und begleitet ihn in Richtung Sonne.


Erste Landung auf einem Kometen


Mit elf wissenschaftlichen Instrumenten ist die Sonde ausgestattet. Sie untersuchen unter anderem die chemische Zusammensetzung der Koma - und bestimmen die Häufigkeit der Edelgase Helium Neon, Argon, Krypton und Xenon. Aus den Anteilen der Gase sollen sich Informationen über die Umgebungstemperatur zum Zeitpunkt der Kometenentstehung ableiten lassen. Das Kometenkoma wird außerdem nach atomarem oder ionisiertem Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff untersucht. Ein Ergebnis gibt es bereits: Es wurde der Prozess offengelegt, der den rapiden Zerfall von Wasser- und Kohlenstoffdioxidmolekülen auslöst, die von der Kometenoberfläche entweichen.


Doch Rosetta ist nicht allein im Weltall: Sie nahm das Landegerät "Philae" mit auf ihre Reise. Das Mini-Labor wurde im November 2014 auf dem Kometen abgesetzt - es war die erste Landung auf einem Kometen in der Geschichte der Menschheit. Allerdings setzte es an einem schattigen und kühlen Platz auf. Die Folge: Philae verfiel wegen Strommangels nach zweieinhalb Tagen in einen "Schlaf". Über ein gutes halbes Jahr später erwachte das Landegerät aus seinem Winterschlaf und schickt mittlerweile Datenpakete zur Erde. Philae funkt wieder!


Kosmischer Kühlschrank


Und das ist gut so, denn Philae hat gemeinsam mit Rosetta noch eine wichtige Mission zu erfüllen: Die Ergebnisse könnten Hinweise darauf geben, wie das Leben auf der Erde entstanden ist. Oder anders ausgedrückt: Wie das Leben möglicherweise aus dem All auf den blauen Planeten gekommen ist.


Kometen gelten als "Leitfossilien" in unserem Sonnensystem. "Sie sind zusammen mit der Sonne und den Planeten vor 4,5 Milliarden Jahren entstanden, haben sich aber im Unterschied zu diesen seither fast nicht verändert", erläutert Berndt Feuerbacher, Direktor des Instituts für Raumsimulation des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Kometen befänden sich in einer Art "kosmischem Kühlschrank" am äußeren Rand unseres Sonnensystems - bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, so Feuerbacher weiter.


Kometeneinschläge


Was Einblicke von ungeheurer Tragweite in Aussicht stellt. Die Forschungsergebnisse könnten zeigen, ob das Leben aus dem All auf die Erde gekommen ist. Denn Astronomen vermuten, dass Kometen komplexe organische Kohlenstoffverbindungen enthalten - sie sind die Grundbausteine des Lebens. Sie könnten durch Kometeneinschläge auf die Erde gebracht worden sein.


Philae ist mit Kameras ausgestattet, die die Umgebung dokumentieren. "Mit einem Bohrer werden Materialproben unter der Oberfläche gewonnen und in Massenspektrometern oder Gaschromatographen analysiert, um das ursprüngliche Material unseres Sonnensystems zu charakterisieren", berichtet Feuerbacher vom DLR. Das Innere des Kometenkerns werde mit einem Penetrator, mit Ultraschall und Mikrowellen-Tomographie untersucht.


28 Siliziumventile


Ein genauerer Blick auf das Landegerät Philae lohnt sich auch deshalb: Es ist bepackt mit 28 Ventilen, die für extreme Bedingungen von Hoerbiger entwickelt wurden. "Jedes wiegt weniger als zwei Gramm und ist für einen Temperaturbereich von -60 bis +220 Grad Celsius ausgelegt", erläutert Dr. Jochen Schaible, federführender Projektmanager. Es handelt sich um 2/2-Wege Siliziumventile, die monostabil und stromlos offen sind. Ihre Abmessungen liegen bei 10 mal 16 mal 5,4 Millimeter. Die Ventile, die sich in einem cappuccinofarbenen Gehäuse aus Kunststoff befinden, haben ein Totvolumen von weniger als 50 Mikroliter und eine Schaltzeit von 1 Millisekunde. "Die Ventile müssen darüber hinaus äußerst leicht und kompakt sein, dürfen kaum Energie verbrauchen und müssen möglichst leckagearm arbeiten", ergänzt Dr. Fred Goesmann vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS).


Den Ventilen kommt eine immens wichtige Aufgabe zu: Sie regeln die Gasströmung im Analyseprozess bzw. fungieren als Steuerventil für den Gaschromatographen. Das gasförmige Stoffgemisch wird mit einem Injektor zunächst in einen Strom von Trägergas eingebracht, das durch ein System von dünnen Edelstahl- und Quarzglasröhren, die Kapillaren, strömt. "Innen sind die Kapillaren mit einem speziellen Material beschichtet, das mit den vorbei fliegenden Molekülen in unterschiedlicher Weise reagiert und diese dabei bremst", so Hoerbiger. Dies führe zu charakteristischen Durchgangszeiten für jeden Molekültyp. Am Ende der Kapillaren ist eine Detektoreinheit angebracht, die Informationen über die Beschaffenheit der gefundenen Moleküle liefert. Die weitere Analyse übernimmt ein an das System angeschlossener Massenspektrograph.


Rosetta-Mission verlängert


Ohne Partnerschaften geht es bei der komplexen und anspruchsvollen Raumfahrt nicht: Als Industriepartner des Instituts für Mikro- und Informationstechnik der Hahn-Schickard-Gesellschaft e.V. (HSG-IMIT) habe Hoerbiger schon früher als andere Forschungs- und Entwicklungsprojekte auf dem Gebiet der Mikrosystemtechnik angestoßen, sagt Projektmanager Schaible. Basierend auf den Arbeiten des HSG-IMI habe man 2002 ein Siliziumventil zur Serienreife gebracht. Schaible: "Und dieser Typ entsprach den Anforderungen des MPS."


Es gibt also noch einiges für Rosetta und Philae zu tun. Wie gut, dass die Mission um neun Monate bis September 2016 verlängert wurde. Am Ende wird es - so hofft die europäische Raumfahrtagentur ESA - ein grandioses Finale geben: Rosetta selbst soll auf dem Kometen landen und damit seinem Landegerät Philae folgen. Nach zwölf Jahren endet die denkwürdige Mission hiermit. Und vielleicht auch mit Antworten über den Ursprung des Lebens auf der Erde und zur Frühzeit des Sonnensystems.


ExoMas-Mission mit Ventilen


Die nächste große Mission befindet sich bereits in den Startlöchern: Bei "ExoMas" soll nach früherem oder gegenwärtigem Leben gesucht werden. Dazu soll die biologische Umwelt des Marsbodens studiert werden.


Der erste Teil der Mission startet im Januar 2016 mit einem Satelliten, der nach neun Monaten und rund 225 Millionen Kilometern den Mars erreicht. Dabei wird ein kleines Landegerät genutzt, um Technologien für das Aufsetzen zu erproben, während der Orbiter den Mars umkreist und dessen Atmosphäre analysiert. Bei dem zweiten Teil der Mission zwei Jahre später werden zwei Rover unabhängig voneinander auf dem Mars Untersuchungen vornehmen. Und natürlich werden auch für diesen Einsatz Ventile benötigt - abermals von dem Armaturenhersteller Hoerbiger.


Extreme Bedingungen


Trotz der zahlreichen Fortschritte bei der Raumfahrt-Technologie gibt es noch zahlreiche unbekannte Größen. Tests, um die Belastbarkeit von Komponenten für Raketen, Satelliten und Sonden zu überprüfen, gehören zur Tagesordnung. Beispiel Raketensysteme: Ein immens wichtiger Aspekt für gelungene Missionen ist das Verhalten von Treibstoffen unter extremen Bedingungen. Neue Wege im Umgang mit Treibstoffen für Europas zukünftige Trägersysteme wollen die europäische ESA und die deutsche DLR gehen - zum Beispiel bei der Texus 48-Trägerrakete. Bei der vollständigen Simulation eines vollumfänglichen Raumflugs wurden während der sechsminütigen Schwerelosigkeit zwei neue Bauteile, sogenannte Propellant Management Devices, für den Einsatz in Wasserstoff- und Sauerstofftanks getestet.


Die von Astrium entwickelten zwei Experiment-Module des Texus 48-Versuchsträgers waren mit je drei axial durchströmten Ventilen der Serie Axius von Stöhr Armaturen ausgerüstet. Bei dem Test sollte das Verhalten der flüssigen Treibstoffe Wasserstoff und Sauerstoff in Schwerelosigkeit und die Armaturenauslegung für erneute Zündungen untersucht werden. Es wurde mit dem Einsatz der Stöhr-Ventile erfolgreich getestet. Die Axius-Ventile können bei Betriebstemperaturen zwischen 4K und 323K eingesetzt werden, der Nenndruck ist bis 420 bar ausgelegt, bei einem Steuerdruck von 6 bis 8 bar, optional bis 40 bar, und die Nennweiten reichen von DN4 bis DN40.


Günstige Perspektiven


Doch wer bei Raumfahrt-Missionen nur an die großen Fragen zur Menschheit und zum Sonnensystem denkt, unterschätzt das immens große wirtschaftliche Potenzial der Branche, bei der Frankreich in Europa federführend ist. Deutschland ist die zweitgrößte europäische Raumfahrtnation, und zwar eine mit großen Ambitionen. In der Hightech-Strategie 2020 hat die deutsche Bundesregierung der Raumfahrt einen besonderen Stellenwert eingeräumt: Raumfahrt ist hier eine Schlüsseltechnologie. "Denn Raumfahrttechnologien sind wichtige Instrumente der modernen Informations- und Industriegesellschaft", erklärt das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi). So seien etwa Kommunikation und Fernsehberichterstattung oder präzise Klima- und Wetteranalysen abhängig von Raumfahrttechnologien.


Entsprechend groß ist das wirtschaftliche Potenzial der Raumfahrt. So lag der Umsatz für die deutsche Industrie im vorletzten Jahr bei 2,4 Milliarden Euro. "Die Branchenperspektiven für Wachstum und Beschäftigung sind vor allem mittel- und langfristig weiterhin günstig", unterstreicht das BMWi. Anders als im Luftfahrtbereich, in dem der kommerzielle Markt stark ausgeprägt sei, werde die internationale Raumfahrt weitgehend bestimmt durch die staatlichen Raumfahrtstrategien und die zur Verfügung stehenden Haushaltsmittel.


Steigender Wettbewerbsdruck


Beispiel Deutschland: Die Aufwendungen für die Raumfahrt wurden in den vergangenen Jahren deutlich gesteigert, und es wurde konsequent in die Bereiche investiert, in denen die Raumfahrt als Werkzeug zum Erreichen wirtschaftlicher, wissenschaftlicher, strategischer und gesellschaftlicher Ziele beiträgt. Zu einem der Investitionsschwerpunkte zählt für die deutsche Bundesregierung beispielsweise die Automation.


Unabhängig von zum Teil öffentlicher Förderung der Raumfahrt entwickelt sie sich zu einem Markt mit steigendem Wettbewerbsdruck. Zeit- und Kostenrahmen werden bei dem sich zunehmend schneller entwickelnden Markt wichtiger. Die Simulation vor und während der Herstellung scheint daher unverzichtbar. Hohe Erwartungen sind für die Branche schon lange selbstverständlich, denn es steht viel auf dem Spiel: Missglückt beispielsweise eine Weltraummission, ist der Verlust immens.


Bilder: R. Eberhard, messekompakt.de, EBERHARD print & medien agentur gmbh

Quelle: Messe Düsseldorf

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    Beekeeper sammelt 13 Mio. US-Dollar für strategisches Wachstum ein
  • 12.9.2018
    AUMA: Messe-Umsatz weltweit - Fünf der Top 10 Unternehmen aus Deutschland
  • 12.9.2018
    MUNICH FABRIC START 2018 erfolgreich beendet
  • 11.9.2018
    VDMA: Ungeordneter Brexit bleibt ein Schreckensszenario
  • 11.9.2018
    BITKOM: Umsetzung der Datenschutzregeln an vielen Stellen weiterhin unklar
  • 11.9.2018
    VCI: Einblicke in die Welt der Chemie
  • 11.9.2018
    BITKOM: Großes Potenzial für Peer-To-Peer-Versicherungen
  • 11.9.2018
    Die Systemgastronomie trifft sich in Berlin
  • 11.9.2018
    Experten präsentieren Ihre Visionen auf den Deutschen Hoteltag in Köln
  • 10.9.2018
    VDE startet neuen Verbraucherservice Elektromobilität
  • 10.9.2018
    Wissensforum Gesundheitskultur auf der ORGATEC 2018
  • 10.9.2018
    BITKOM: Unternehmen setzen verstärkt auf Digitalisierungs-Teams
  • 10.9.2018
    VDMA: Maschinenbau fordert Abschaffung aller Zölle
  • 10.9.2018
    FAIR FRIENDS steigert ihre Besucherzahl
  • 10.9.2018
    Kögel präsentiert auf der IAA 2018 den Kögel Trucker Trailer
  • 7.9.2018
    VCI: Tag der offenen Tür - Einblicke in die Welt der Chemie
  • 7.9.2018
    wdk veröffentlicht kostenloses Reifen-Nachschlagewerk im Netz
  • 7.9.2018
    BMW Group errichtet neues Fahrsimulationszentrum in München
  • 7.9.2018
    BITKOM: Kompetenzzentrum Digitalisierung erforderlich
  • 7.9.2018
    VDIK: Pkw-Markt mit starkem Wachstum im August
  • 7.9.2018
    formnext 2018 belegt bereits 10 Wochen vor Messestart die gesamte Halle 3
  • 6.9.2018
    BITKOM-Präsident Achim Berg zur Hightech-Strategie 2025
  • 6.9.2018
    Rahmenprogramm der eltec bietet umfassende Weiterbildung
  • 6.9.2018
    VDMA: Inlandsorders bleiben auf Expansionskurs
  • 6.9.2018
    VCI: Deutsche Chemie wächst langsamer
  • 6.9.2018
    BIOFACH INDIA feiert 10. Jubiläum
  • 6.9.2018
    BITKOM: Für Regio-Lebensmittel auf den Wochenmarkt im Internet
  • 6.9.2018
    PROFILMETALL präsentiert auf der EuroBLECH 2018 in Hannover
  • 5.9.2018
    VCI: Hightech-Strategie stärkt Innovationsstandort
  • 5.9.2018
    Bauernverband sieht höhere US-Rindfleisch-Importe kritisch
  • 5.9.2018
    spoga+gafa 2018: Mehr Internationalität, mehr Thementiefe
  • 5.9.2018
    spoga horse Herbst baut Position als internationale Innovationsplattform weiter aus
  • 5.9.2018
    Schuler und Porsche gründen Joint Venture für Karosseriebau
  • 5.9.2018
    Industrieverband SPECTARIS bemängelt die fehlende Planungs- und Rechtssicherheit
  • 4.9.2018
    Smart Systems Integration verstärkt Kooperationen mit Branchenverbänden
  • 4.9.2018
    SYMPOSIUM COMPOSITES 2018 – Neue Perspektiven für Faserverbundwerkstoffe im Aufzugsbau
  • 4.9.2018
    Neue Internetpräsenz von SPECTARIS online
  • 3.9.2018
    ARCCORE wird Teil von Vector
  • 3.9.2018
    bott auf der Motek 2018: Interaktion Mensch-Maschine
  • 3.9.2018
    VCI: „Versteigerung der 5G-Lizenzen muss der gesamten Industrie nutzen“
  • 3.9.2018
    BOY hält gute Partnerschaft mit Großbritannien
  • 3.9.2018
    Klagenfurt war die Holzhauptstadt Europas
  • 3.9.2018
    KENOVA set line V3 von KELCH: erstmals öffentlich auf der AMB 2018
  • 3.9.2018
    BITKOM: Industrie vertraut auf IT-Sicherheitsexperten
  • 31.8.2018
    Elektronikwelt trifft sich auf der electronica India und productronica India
  • 31.8.2018
    VDMA: Europa braucht eine eigene Batteriezellproduktion
  • 31.8.2018
    VDIK-Mitglieder unterstützen die Förderungen der Elektromobilität
  • 31.8.2018
    20% mehr Besucher bei der FIBO CHINA 2018
  • 31.8.2018
    IHA: „Endless summer…?“
  • 31.8.2018
    photokina 2018: Tipps und Tricks von Profis für Profis
  • 31.8.2018
    REHACARE Düsseldorf 2018 startet am 26.9. mit Rekordbeteiligung
  • 30.8.2018
    VDMA: Mit beruflicher Bildung Perspektiven in Afrika schaffen
  • 30.8.2018
    BMWi: Altmaier trifft Brexit-Chefunterhändler Michel Barnier
  • 30.8.2018
    IFA 2018: Nachwuchs für die digitale Welt begeistern
  • 30.8.2018
    Kögel Coilfix: perfekte Ladungssicherung für Coils
  • 30.8.2018
    TRUMPF reduziert die Handarbeit beim 3D-Druck
  • 30.8.2018
    BITKOM: Wenn die Mitarbeiter neue Geschäftsideen entwickeln
  • 30.8.2018
    BayWa r.e. eröffnet O&M-Leitstelle für Erneuerbare Energien in der Region Asien-Pazifik
  • 29.8.2018
    Bosch setzt auf Künstliche Intelligenz beim Rasenmähen
  • 29.8.2018
    Schuler Automation GmbH & Co KG wird auf Schuler Pressen GmbH verschmolzen
  • 29.8.2018
    VDMA: Sozialpolitischer Herbst führt in die Irre!
  • 29.8.2018
    BITKOM: Digitale Sprachassistenten erreichen den Massenmarkt
  • 28.8.2018
    VDW: Deutsche Werkzeugmaschinenindustrie hält Rekordauftragsniveau
  • 28.8.2018
    Bosch zeigt Elektromobilität für LKW-Sattelanhänger
  • 28.8.2018
    LABVOLUTION AWARD zeichnet erfolgreiche Laboroptimierungen aus
  • 28.8.2018
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  • 27.8.2018
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    BITKOM: Umsatz mit Unterhaltungselektronik geht leicht zurück
  • 27.8.2018
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    VDMA: Steuerzündeln sofort beenden!
  • 27.8.2018
    Startupnight 2018: Deutschlands größte Startup-Messe geht in die sechste Runde
  • 24.8.2018
    LOAD unterstützt die europaweite Initiative #SaveYourInternet
  • 24.8.2018
    DESTATIS; Staat erzielt im 1. Halbjahr 2018 Überschuss von 48,1 Mrd. Euro

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