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Prof. Dr.-Ing. Sabine Klinkner

Prof. Dr. rer. nat. Alfred Krabbe

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Sekretariat
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Institut für Raumfahrtsysteme
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Schnellster Wiedereintritt geglückt

1. Januar 2006; Harald Hummel

Highlight Nr. 9 - Januar 2006

Schnellster Wiedereintritt geglückt

Fünf Mitarbeiter des IRS haben am frühen Morgen des 16. Januar den rasanten Flug der Raumkapsel STARDUST durch die Erdatmosphäre vor Ort beobachtet.

Bild zur Nachricht
  STARDUST-Kapsel beim Wiedereintritt
 

Am Morgen, des 16. Januar 2006 ist die amerikanische Raumkapsel externer Link STARDUST nach fast sieben Jahren im All mit interstellaren Staubteilchen und Proben aus dem Schweif des Kometen Wild 2 „im Gepäck“ zur Erde zurückgekehrt. Fachleute erhoffen sich von der wertvollen Fracht Aufschluss über die Anfänge des Sonnensystems. Im Rahmen der Wiedereintrittsmission von STARDUST haben auch Wissenschaftler des Instituts für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart, die Rückkehr der Sonde mit verfolgt, als diese um 1:56 Uhr Ortszeit über der Westküste der USA mit etwa 12,8 Kilometern pro Sekunde den schnellsten Wiedereintritt eines künstlichen Objekts in die Erdatmosphäre vollzogen hat: Michael Winter, Georg Herdrich und Franziska Harms hatten im Rahmen einer Beobachtungsmission der externer Link NASA an Bord einer DC-8 Gelegenheit, den Wiedereintritt mit optischen Messungen zu begleiten.



Internationale Kompetenz

Die Ergebnisse dieser Beobachtungen sind für Prof. Auweter-Kurtz, Leiterin der Abteilung Raumtransporttechnologie des IRS, von größter Bedeutung: Im Rahmen des von der externer Link ESA geplanten Projektes externer Link ExoMars ist sie mit ihren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern an der Entwicklung einer geeigneten Sonde beteiligt, die sicher vom Mars zurückkehren und Gesteine unseres Nachbarplaneten mitbringen soll. Basierend auf ihrer internationalen Kompetenz auf dem Gebiet der Wiedereintrittstechnologie führt die Arbeitsgruppe daher unter anderem Simulationen zum Wiedereintritt in die Erdatmosphäre durch. Mit Hilfe der aktuellen Daten von der Rückkehr der STARDUST Kapsel können diese bereits entwickelten Verfahren überprüft und entscheidend weiterentwickelt werden.

90 Sekunden, die zählen

Die Stuttgarter Fachleute waren die einzigen Europäer, die neben amerikanischen und japanischen Forschern diese Gelegenheit nutzen konnten, Daten über den Wiedereintritt eines künstlichen Objektes unter solch extremen Bedingungen zu sammeln. Beim Eindringen in die Erdatmosphäre, hat sie sich die Kapsel zum Beispiel auf bis zu 3000 °C erwärmt und an ihrem „Bug“ entstand ein heißes ionisiertes Gasgemisch, ein so genanntes Plasma. Michael Winter hat eines der Stuttgarter Experimente entwickelt, mit dem die Strahlung dieses Plasmas in möglichst hoher spektraler Auflösung gemessen werden konnte. Dabei musste die etwa 80 Zentimeter große Raumkapsel aus einer Entfernung von etwa 150 bis 400 Kilometern vom Flugzeug aus erfasst werden. Ihre Strahlung wurde dann mit Hilfe eines Spektrometer und einer hoch empfindlichen Kamera spektral aufgelöst und detektiert. Die nur etwa 90 Sekunden dauernde heiße Phase des Wiedereintritts wurde dabei zusätzlich zeitlich mit einer möglichst hohen Messrate untersucht. Mit den so gewonnen Daten sollen wichtige Informationen über chemische und thermodynamische Prozesse an der Kapsel beim Wiedereintritt abgeleitet werden.

Zusätzlichen hat Franziska Harms mit Hilfe eines vom externer Link Deutschen SOFIA Institut beigesteuerten Transmissionsgitters ebenfalls Spektren der Plasmastrahlung aufgenommen, die zwar eine niedrigere spektraler Auflösung hatten, dafür aber einen größeren Bereich der Kapsel abdeckten. Die ursprünglich von Jürgen Wolf und Lars Ohlenmacher geplanten ergänzenden Messungen vom Boden aus, konnten leider auf Grund schlechter Wetterbedingungen nicht stattfinden.









Internationale Zusammenarbeit

Die gewonnenen Messdaten aller 30 Wissenschaftler, die den Wiedereintritt der STARDUST - Kapsel beobachtet haben, sollen allen anderen Teilnehmern zugänglich gemacht werden, um eine möglichst umfassende Auswertung zu gewährleisten. Im Sommer dieses Jahres soll deshalb ein Workshop stattfinden, um mit allen internationalen Kollegen die ersten Ergebnisse diskutieren zu können.

Fundierte Informationen zum Wiedereintritt von STARDUST sind bei Prof. Dr. Monika Auweter-Kurtz, Dr. Georg Herdrich, Dipl.-Ing. Michael Winter sowie auf der Projektseite zum Wiedereintritt der STARDUST-Kapsel zu erhalten.

Kleine STARDUST-Galerie

     
Schematischer Ablauf des Wiedereintritts der STARDUST-Kapsel.   Vorhergesagte Flugbahn der Kapsel.   Bildausschnitt aus dem Video (Quicktime, 5.8 MBytes) von Mike Taylor.   Michael Winter, Jürgen Wolf, Franziska Harms (v.l.).
             
     
Kurz vor dem Start...   ...die Crew steigt ein.   Michael Winter und Georg Herdrich (v.l.)...   ...bei den Vorbereitungen.
             
     
Georg Herdrich bereit zum Beobachten.   Die hochempfindliche EMCCD-Kamera, die G. Herdrich und M. WInter von der Firma L.O.T.-Oriel zur Verfügung gestellt wurde (li.) und der Teleskopaufbau an sich (re.). Verbunden sind beide Komponenten über Lichtwellenleiter.   Tatsächlich beobachtetes Spektrum (dunkelblau); zur Veranschaulichung, wo charakteristische Merkmale liegen sollten, sind zusätzlich Modellspektren einiger beispielhafter Molekülübergänge überlagert (rosa, hellblau, gelb).   Franziska Harms beim Aufbau ihrer Kamera.
             
     
Franziska Harms mit George Raiche vom NASA Ames Reserach Center.   Beobachtungsaufbau von Franziska Harms. Die CCD-Kamera und das Gitter wurden vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) gestellt, das Objektiv und die Nachführkamera stellte freundlicherweise Peter Jenniskens vom SETI Institute zur Verfügung.  

Originaldaten zum Wiedereintritt:
1. Zeile: Spektren (Farbverteilung) der Kapsel
2. Zeile: STARDUST-Kapsel mit ihren Spektren auf der rechten Seite. Auf den Bildern bewegt sich die Kapsel von unten nach oben.
3. Zeile: Nachstrom der Kapsel

  Vergrößerung eines Bildausschnittes vom Vorbild (2. Zeile, 1. Bild). Spektrum des Kapsellichtes entlang der markierten roten Linie.
             
 
Refraktorteleskop von Jürgen Wolf   Grafik der STARDUST-Sonde

Weitere Informationen zum STARDUST-Mission