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Gewähltes Tag DLR
SHEFEX mit scharfer Kante statt rundem Profil
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Neue Technologie für wieder verwendbare Raumflugkörper im Test
Die Ära des Space Shuttle ist im Juli 2011 zu Ende gegangen. Die Zukunft wieder verwendbarer Raumgleiter ist ungewiss. In der DLR wird derzeit eine neue Technologie erprobt, die auf scharfe Flügelkanten setzt. Sie sollen bessere Wärmeleitfähigkeit besitzen. Die ersten Tests musste Shefex als Flugmodell im Göttinger Windkanal der DLR bestehen. In Kürze soll das zweite SHEFEX-Flugexperiment starten.
Der Hitzeschild der Raumgleiter hatte die Aufgabe, die beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre entstehende Hitze möglichst effektiv an die Umgebung abzugeben. Die wieder verwendbaren Kacheln bestanden aus hochporösen Keramikfaser-Werkstoffen, die durch Sintern gebunden sind. Sie trugen eine dichte, temperaturbeständige dünne Deckschicht aus Borsilikat. Jede der rund 30.000 Kacheln eines Transporters entstand in Handarbeit – einzeln gefertigt und gebrannt. Dennoch war der Hitzeschild des Raumgleiters störanfällig.
Nach dem Ende der Ära des Space Shuttle sehen bei der NASA wieder verwendbare Raumgleiter einer unbestimmten Zukunft entgegen. Auch die ESA hat ihren früheren Plan, einen wieder verwendbaren Raumgleiter für den Astronauten-Transport zu bauen, wieder verworfen. Dennoch arbeiten europäische Ingenieure an Technologien für wieder verwendbare Transportsysteme. Darunter auch das Konzept SHEFEX für SHarp Edge Flight EXperiment, ein Projekt, das im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR 2005 startete.
Während bisherige Raumfahrzeuge eine abgerundete Außenhaut besitzen, ist SHEFEX mit scharfen Kanten ausgerüstet. Sie sollen den Wiedereintritt in die Erdatmosphäre billiger, sicherer und flexibler machen. Die ersten Tests musste Shefex als Flugmodell im Göttinger Windkanal der DLR bestehen. In der Testanlage entstehen dabei Temperaturen von fast 5000 Grad Celsius – die Temperatur an der Oberfläche unserer Sonne. Das Szenario simuliert den Wiedereintritt des Raumfahrzeuges in die Erdatmosphäre in einer Höhe von etwa 35 Kilometern. Die Testergebnisse im Windkanal zeigen: Die scharfen Kanten von SHEFEX leiten die Wärme besser ab als runde Profile.
Anfang 2012 soll nun nach 2005 eine weitere SHEFEX-Rakete zum Experimentalflug starten – von einer mobilen Abschussrampe, die in Norwegen aufgestellt ist.
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Fest im Griff: wie Justins Hände funktionieren
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Das Greifwerkzeug als mechatronische Meisterleistung
Die Nachbildung der Funktionsweise des menschlichen Greifwerkzeugs ist ein wichtiges Teilgebiet bei der Entwicklung autonomer Roboter. Sie sollen künftig zusammen mit dem Menschen zum Einsatz kommen. Auch am DLR-Institut für Robotik werden unterschiedliche Modelle entwickelt, die an einem Robottorso mit dem Namen Justin erprobt werden.
Eine zentrale Aufgabe ist es, den Händen eines Roboters für das Greifen Feingefühl zu geben. Die Prototypen-Modelle am Institut für Robotik der DLR sind dafür mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet. Die neueste Entwicklung stellt die “anthropomorphe Hand” dar, die Glieder der Finger lassen sich einzeln bewegen, wobei zwei mit Minimotoren betriebene Seile die Sehnen simulieren. Wird das Seil auf eine kleine motorbetriebene Spindel aufgewickelt, krümmt sich das Fingerglied. Soll sich der Finger wieder strecken, steuert eine zweite Motor-Seileinheit die Bewegung in entgegengesetzter Richtung – und zwar nach dem Antriebsprinzip biologischer Muskeln.
Ein Nachteil des Aufspulens der Sehnen ist der relativ große Platzbedarf der Spindeln in der mechatronischen Konstruktion. Robotexperten der Universität des Saarlandes und der Universität Bologna haben in einem Gemeinschaftsprojekt das Verdrillen der Sehnen als platzsparende Variante entwickelt. Zudem lässt sich mit geringem Kraftaufwand eine hohe Zugkraft erzeugen. Die Drill-Hand wird im Rahmen des EU-Projektes DEXMART unter der Mitwirkung weiterer Partner gefördert.
Die Entwicklung von Händen ist ein Trendgebiet der Robotik auf dem Weg zu autonomen Robotern, die künftig mit und für den Menschen arbeiten sollen. In der DLR hat man mit der Entwicklung eines Roboters begonnen, der den Namen Justin trägt. Justin folgt dem Soft-Robotics-Konzept, das heißt, er reagiert feinfühlig auf Interaktionen mit dem Menschen. Der Grad seiner Nachgiebigkeit ist justierbar. HYPERRAUM-TV zeigt in diesem Bericht, welche manuellen Fertigkeiten Justin heute schon hat.
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Stratosphären-Observatorium SOFIA gestartet
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Infrarot-Beobachtung der Sternentstehung in 15 Kilometern Höhe
Das Stratosphären-Observatorium SOFIA, das im Infrarotspektrum von 5 bis 40 Mikrometern arbeitet, ist im November 2010 erstmals gestartet. Mit diesem Gemeinschaftsprojekt der amerikanischen Weltraumbehörde NASA und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt wollen Astrophysiker in mehr als 15 Kilometern Höhe neue Erkenntnisse im Bereich der Sternentstehung gewinnen.
SOFIA startete im kalifornischen Palmdale zu seinem ersten Flug. Hier bietet die Beobachtung im Infrarot-Spektrum aus rund 15 Kilometern Höhe über der Erdoberfläche neue Möglichkeiten der Auswertung. Mit dem in eine modifizierte Boeing 747SP integrierten 2,5 Meter-Teleskop werden astronomische Beobachtungen der Sternentstehung im Infrarot- und Submillimeter-Wellenlängenbereich weit oberhalb der hierbei störenden irdischen Lufthülle durchgeführt. Schwerpunkt der wissenschaftlichen Zielsetzung ist die Erforschung der Entwicklung von Milchstraßensystemen sowie die Entstehung und Entwicklung von Sternen und Sonnensystemen aus interstellaren Molekül- und Staubwolken. Ziel des ersten nächtlichen, 35-minütigen Beobachtungsfluges war das Sternbild Orion mit seinen Sternentstehungsgebieten, deren Infrarotinformationen von der Erde aus aufgrund des Wasserdampfs in der Atmosphäre praktisch nicht beobachtbar sind.
Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer Seite von der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente ist finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft und der Deutschen Forschungsgemeinschaft.
Mit an Bord waren Terry Herter als leitender Wissenschaftler und seine Kollegen von der Cornell University in Ithaca mit ihrer hochempfindlichen Infrarotkamera FORCAST, es steht für „Faint Object InfraRed-CAmera for the SOFIA Telescope“. Sie erfasst Daten im spektralen Bereich von 5 bis 40 Mikrometern. Der Projektleiter Alois Himmes, SOFIA-Projektleiter des DLR, berichtet in diesem Beitrag unter anderem auch über die Ziele des Projektes.
© DLR 2010
Roboter lernen Laufen
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Humanoide Laufwerkzeuge – Trendforschung in der Robotik
Roboter haben das Laufen gelernt. Hyperraum.TV stellt drei besonders attraktive Exemplare dieser neuen humanoiden Spezies vor: Hondas Asimo, einen der ältesten Zweibeiner, das Soft-Robotic-Laufwerkzeug des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen sowie den Superläufer RunBot vom Bernstein Center for Computational Neuroscience aus Göttingen.
Seit den achtziger Jahren versuchen sich Robotik-Spezialisten darin, das menschliche Gehen zu analysieren und nachzubilden. Es dauerte viele Jahre, ehe Forscher das Laufen auf zwei Beinen nachbilden konnten. Inzwischen ist das Ziel der Herstellung von humanoiden Service-Robotern in erreichbare Nähe gerückt. Will man Roboter im menschlichen Umfeld einsetzen, sind Beine recht nützlich: Mit ihnen können Roboter Hindernissen gut ausweichen und Treppen steigen.
Der erste bekannte Zweibeiner war Asimo aus dem fernöstlichen Forschungslabors von Honda. Inzwischen sind Entwicklungen von lauffähigen Robotern ein Trendthema der Robotik, das an vielen Instituten vorangetrieben wird. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt arbeitet am Konzept der sogenannten Soft Robotic. In jedem Gelenk kommen Drehmoment-Sensoren zum Einsatz, die nachgiebig geregelt sind. Der Forschungsschwerpunkt im Bereich Laufen liegt am DLR in robusten Gangalgorithmen, die auf unterschiedlichem Untergrund und auch bei externen Stößen und Krafteinwirkung trotz der Nachgiebigkeit der Maschine stabil bleiben.
Ein ganz anderer Typ ist RunBot, der dritte Roboter, den HYPERAUM.TV in dieser Reportage über laufende Robots vorstellt. Der Superläufer kommt aus dem Bernstein Center for Computational Neuroscience in Göttingen. Seine maximale Lauf-Geschwindigkeit beträgt 0,8 Meter pro Sekunde. Er ist damit der schnellste Roboter. Zuerst einmal ist der mechanische Apparat auf die Läufer-Aufgabe zugeschnitten. Seine kleinen Füße sind gebogen, er hat niedriges Gewicht, die Verteilung des Schwerpunktes ist optimiert. Aber noch bedeutsamer ist: Er arbeitet mit einem neuronalen Controller, der ähnlich dem menschlichen Rückenmark und anders als ein Digitalrechner funktioniert. So bildet RunBot Reflexe nach, wie wir sie von tierischen oder menschlichen Bewegungen kennen.
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Sonnenstrom aus solarthermischen Kraftwerken
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Solartürme vor dem großtechnischen Durchbruch?
Unter der heißen Sonne Spaniens arbeiten Energieforscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, kurz DLR, auf der Solarforschungsanlage Plataforma Solar de Almeria. Auf einem 100 Hektar großen Gelände testen Mitarbeiter des Instituts für Technische Thermodynamik unterschiedliche Solartechnologien unter praxisnahen Bedingungen. Die Anlage ist damit ein weltweit führendes Testzentrum für konzentrierende Hochtemperatur-Solartechnik.
In solarthermischen Anlagen wird die Sonnenstrahlung mit Spiegeln gebündelt und in Form von Wärme zu einem zentralen Kraftwerk übertragen. Dort erzeugt die Wärme über einen Wärmetauscher Wasserdampf. Dieser treibt anschließend eine konventionelle Turbine an. Diese ist an einen Generator gekoppelt, der den Strom erzeugt. Im Vergleich zur Photovoltaik, die Strom direkt aus Sonnenlicht gewinnt, bietet dieses Verfahren zwei wesentliche Vorteile: Die erzeugte Wärme lässt sich speichern, die Turbine kann also auch dann Strom erzeugen, wenn die Sonne nicht scheint. Außerdem ist eine Zufeuerung über konventionelle Methoden im Kraftwerk möglich. Aus diesem Grund sehen Energie-Erzeuger in solarthermischen Kraftwerken eine großtechnisch effektive Methode.
In Almeria testet die DLR unterschiedliche Methoden, darunter auch den Solarturm. Die Sonnenenergie wird auf einen Receiver an der Spitze eines Turms gebündelt. Hier kommt sie über einen Wärmetauscher zum Kraftwerk. Diese Technologie wird auch in Jülich von den Stadtwerken als Versuchs- und Demonstrationsanlage getestet. Die sogenannten Parabolrinnen-Kollektoren fokussieren demgegenüber die Lichtstrahlen über eine gekrümmte Spiegelfläche auf eine zentral verlaufende Röhre. Sie ist mit fließendem Öl gefüllt, das sich aufheizt und die darin gespeicherte Wärme zum zentralen Kraftwerk transportiert.
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Vortrags-Highlights: Prof. Dr. Tilman Spohn
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Astrobiologie: Wie Leben auf das Klima wirkt
In der Vortragsreihe “Klimazeitreise” von Geocycles und dem Max-Planck-Institut für Chemie betrachten Forscher das Phänomen Klima auf ganz unterschiedliche Weise. Der Planetologe Prof. Dr. Tilman Spohn, Direktor des Zentrums für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, sprach über die Wechselwirkungen, die Lebensformen mit den klimatischen Bedingungen haben. Dass auf der Erde beispielsweise Tiere und Menschen direkten Einfluss auf die Entwicklung der Atmosphäre und damit auch auf das Klima nehmen, ist lange bekannt. Spekulativer ist die Annahme, das Leben könnte auch tiefer in die Entwicklung des Planeten eingreifen. Zudem wirft er einen Blick auf Mars und Venus und gibt Aufschluss über die Wahrscheinlichkeit, dort Lebensformen finden zu können.
Einen weiteren Beitrag zu einem Vortrag der Reihe “Klimazeitreise” können Sie hier sehen.
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Weltraum-Roboter für den Mars-Einsatz
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Scorpion: Entwicklung des DFKI in Bremen
Am Deutschen Forschungs-Institut für Künstliche Intelligenz, dem DFKI in Bremen, werden unterschiedliche Roboter speziell für den Einsatz in der Weltraumfahrt entwickelt. Scorpion ist ein achtbeiniger Roboter, dessen Fortbewegung von der Biologie inspiriert ist. Er soll auch auf dem Mars zum Einsatz kommen. Wir berichten in dieser Studiosendung über das Projekt “Scorpion”, einen achtbeinigen Robot, der sich in besonders steilem Gelände autonom fortbewegen kann.
© mce mediacomeurope GmbH 2008
