Materialmodell zur Beschreibung des Verhaltens von Aluminium-Schwämmen in Raumfahrtanwendungen

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Weltraummüll ist eine reale Bedrohung für Raumstationen und Satelliten. Dieser kann mit Relativgeschwindigkeiten von bis zu 20 Kilometern pro Sekunde auf Raumfahrzeuge treffen. Deshalb sind Schutzschilde nötig, die die katastrophalen Folgen eines Hochgeschwindigkeits-Einschlags auf bemannte und unbemannte Raumfahrzeuge im Orbit reduzieren. Das Ernst-Mach-Institut (EMI) untersucht regelmäßig die Schutzwirkung von Schildsystemen für Raumfahrzeuge. So wurden zum Beispiel die Schildsysteme für das europäische Modul der internationalen Raumstation (ISS) am EMI getestet. Darüber hinaus wurden bereits Versuche durchgeführt, die eine gute Schutzwirkung von Aluminium-Schwämmen gegen solche Impaktvorgänge nachweisen konnten. Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist es, die bei solchen Prozessen ablaufenden Vorgänge, insbesondere Stoßwellenphänomene, systematisch aufzuklären und die Wirksamkeit und Einsatzmöglichkeiten zellularer metallischer Werkstoffe zu untersuchen. Dazu soll ein Modell entwickelt werden, das die Wirkung des Schutzschildes analytisch beschreibt. Die Schwammstruktur, sowie Masse, Geschwindigkeit und Form des einschlagenden Partikels sollen dabei als Eingabegrößen berücksichtigt werden. Neben instrumentierten Beschussversuchen und hochdynamischen Werkstofftests werden numerische Simulationen benötigt, um Parameter- und Detailstudien durchzuführen, die im Labor nicht möglich sind. Das Anwendungspotential von Aluminium-Schwämmen in Schutzschilden ist besonders hoch, da diese Materialien zusätzlich zur Schutzwirkung über eine hohe Steifigkeit bei sehr geringer Dichte verfügen. Diese Eigenschaften sind gerade im Strukturbau von Raumfahrzeugen erwünscht.