PSI-Bilder helfen bei Raketenstarts

  16.07.2019 Aargau

Bauteile für Raketen der ESA werden mit Neutronen durchleuchtet

Raketen der Europäischen Weltraumorganisation ESA fliegen mit Unterstützung des Paul Scherrer Instituts PSI ins Weltall. In Kooperation mit dem Unternehmen Dassault Aviation gewährleistet die am PSI durchgeführte Bildgebung die Qualitätssicherung bestimmter Bauteile der Trägerraketen vom Typ Ariane 5 sowie Vega. Diese Bauteile fungieren als Zündschnüre oder Zündkörper und sorgen unter anderem dafür, dass innerhalb der richtigen hundertstel Sekunde die Boosterraketen abgeworfen werden.

Diese von der Europäischen Weltraumorganisation ESA entwickelten Raketen transportieren Satelliten und andere unbemannte Raumflugkörper ins All. Bei den am PSI untersuchten Elementen handelt es sich um sogenannte pyrotechnische Bauteile, welche während des Raketenflugs eine entscheidende Rolle spielen: Sie sind mit Sprengstoff gefüllt, einige von ihnen agieren wie eine Zündschnur, andere lösen daraufhin eine Reihe gewünschter Effekte aus. Auch die Elemente, die für einen erfolgreichen Start der Ariane-5-Rakete am 20. Juni sorgten, waren Monate zuvor am PSI untersucht worden.

Die für die Raketen Ariane 5 und Vega verwendeten pyrotechnischen Bauteile bestehen aus einer Metallummantelung, die mit einem Sprengstoff gefüllt ist. «Die pyrotechnischen Signalleitungen agieren wie beim Dominoeffekt», erläutert Christian Grünzweig, Physiker in der Forschungsgruppe für Neutronen-Imaging und angewandte Materialien am PSI. Einmal angestossen – beziehungsweise in diesem Fall gezündet – läuft das Signal weiter und löst entlang der Linie gezielt weitere Detonationen aus. «Und ähnlich wie beim Domino ist danach Schluss: Die pyrotechnischen Bauteile lassen sich nur einmal abbrennen. Ein Testlauf vorab, ob sie zuverlässig funktionieren werden, ist unmöglich.»

Röntgenbilder genügen nicht zur Prüfung, da Röntgenstrahlen kaum Metalle durchdringen. «Die gute Nachricht ist», so Grünzweig, «wo Röntgenstrahlen versagen, kann oft unsere Bildgebung mit Neutronen weiterhelfen.»

Die Methode erlaubt einen zerstörungsfreien Blick ins Innere von Materialien und Bauteilen, wodurch sich vielfältige wissenschaftliche Fragestellungen beantworten oder Probleme aus Technik und Industrie lösen lassen. Beispielsweise brachten die Neutronen-Durchleuchtungsbilder einer Goldbüste des römischen Kaisers Marc Aurel aus dem zweiten Jahrhundert nach Christus neue Erkenntnisse über das eingesetzte Herstellungsverfahren. Der Pharmaindustrie halfen Bilder, die Prozesse bei der Lagerung vorgefüllter Fertigspritzen zu verstehen. Und der ABB-Standort Wettingen im Kanton Aargau erhielt dank PSI-Neutronenbildern Empfehlungen zur Produktionssteigerung seiner industriellen Keramikbauteile. (nfz)


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