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Besuch der Einrichtung „Flugexperimente“

Diese Flugexperimente nutzen das Luftfahrzeug als Träger für die Forschung mit dem Flugzeug. Dazu wurden wir zu Beginn unseres Ausfluges in die Welt der wissenschaftlichen Arbeit mit dem Flugzeug von dem Piloten Thomas van Marwick in einen großen Hangar geführt, wo uns das größte und beeindruckendste Flugzeug der Flotte des DLR vorgestellt wurde.

Dieses ist eine modifizierte Gulfstream G550 (also ein Businessclass-Flugzeug) mit einer Länge von 29,4 Metern und einer Spannweite von 28,5 Metern. Die Höhe des Flugzeugs beträgt circa 7,5 Meter. Sie wird für die meisten High-Altitude Missionen des DLR verwendet, da sie eine Dienstgipfelhöhe von circa 50.000 Fuß hat und somit einen niedrigen Stratosphärenflug erlaubt. Außerdem können viele Forschungsgeräte und Instrumente in einem Flug verwendet werden, da die Zuladung der Gulfstream mit fast 3 Tonnen vergleichsweise hoch ist. Die meisten Flüge werden daher meist von mehreren Forschungsinstituten gemeinsam getragen.

Wenn ein neues Gerät für eine spezifische Messung entwickelt werden muss, dauert es mindestens ein Jahr, bis dieses wirklich benutzt werden kann, da aufwendige Genehmigungsverfahren bei jeder aerodynamischen Änderung am Flugzeug nötig werden. Besonders bei signifikanten strukturellen Änderungen ist eine Prüfung durch Testpiloten und mehrere Ämter nötig, weshalb es vorteilhaft ist, dass die Flugzeuge im Einsatz beim DLR schon vom Hersteller leicht modifiziert gekauft werden konnten. So hat zum Beispiel die oben genannte Gulfstream schon ein Fenster zur Bodenbeobachtung ab Werk verbaut.

Danach führte er uns in einen Mehrfachhangar, wo wir aus nächster Nähe eine Falcon 20, einen kleineren Jet, bestaunen durften. Diese war in ähnlicher Weise modifiziert wie die Gulfstream, wobei sie zusätzlich noch einen Noseboom erhielt, um durch das Flugzeug unverfälschte Messdaten aus der Atmosphäre vor dem Jet entnehmen zu können.

Das anschließend zu sehende Flugzeug war ein echter Klassiker – eine Dornier 228 mit einer Modifikation zur Bodenvermessung durch einen experimentellen Bodenradar. Die Dornier ist im Gegensatz zu den beiden Jets ein mittelgroßes zweimotoriges Turbopropflugzeug (Dienstgipfelhöhe: ca. 30 000 Fuß) mit STOL (Short Take-Off and Landing) Fähigkeiten ohne Druckkabine. Sie wird aktuell zur Vermessung des Regenwaldes mithilfe des Radars eingesetzt.

Diese Falcon 20 ist seit fast 45 Jahren im Einsatz und wird als kleinere oder günstigere Alternative zur Gulfstream von einzelnen Forschungsgruppen verwendet. Es sind auch Flüge in einer Höhe von bis zu 42.000 Fuß möglich, was für die meisten Forschungsprojekte ausreichend ist.

Nächstes Jahr wird sie dann ein Lasersystem als neuartigen ASI (Air Speed Indicator) im salzhaltigen Klima über der Nordsee testen. Dazu bringt man einen emittierenden Laser auf dem Flugzeugdach an, der Licht auf einen Rezeptor emittiert. Dann wird die Zeit zwischen der Aussendung des Lichts und dem Empfangen desselben vom Bordcomputer gestoppt und so kann die Geschwindigkeit des Flugzeugs im Vergleich zur umgebenden Luft gemessen werden, wobei die Nachteile der bisherigen ASI behoben werden (Vereisung und Ungenauigkeit). 

Besuch des Columbus-Kontrollzentrums

Als Nächstes führte uns unser Weg zunächst zu Markus Trost, einem erfahrenen Mitarbeiter der GSOC (German Space Operations Center), welcher uns in die unterschiedlichen Forschungs- und Aufgabengebiete der GSOC einführte. Zum Beispiel war nicht nur die Erforschung des Verhaltens von Organismen, Stoffen oder chemischen Reaktionen in der Schwerelosigkeit ein Ziel sondern auch die Beobachtung und Prävention von Schäden durch Weltraumschrott, z. B. durch Bahnkorrekturen oder Satelliten mit erhöhter Lebenszeit, welche eben durch die GSOC erforscht und umgesetzt werden.

Der wohl wichtigste Programmpunkt war die International Space Station, genauer gesagt das Modul Columbia, der stolze Beitrag Europas zur ISS. So erhielten wir von dem Bau der Station über ihre Funktion, bis hin zum Alltag der Astronauten umfängliche und interessante Informationen. Nebst einem original-getreuen Modell der Columbia und einem russischen Weltraum-Anzug, durften wir sogar einen Blick in vier der 16 Kontrollzentren werfen, von denen der Kontakt zur ISS gewährleistet wird. Herr Trost erklärte uns infolgedessen die Pflichten und Aufgaben der Angestellten des Kontrollzentrums, z.B. des Abteils „Stratos“, von welchem aus die technischen Daten der Columbia überwacht werden. Zudem erhielten wir spannende Einblicke in die Datenüberwachung und Lesart der Diagramme und Graphiken auf den vielen verschiedenen Überwachungsbildschirmen. Leider befanden sich die Astronauten der ISS gerade in der Nachtruhe, weswegen wir keine Live-Bilder der Weltraumforscher sehen konnten. Jedoch sahen wir Live-Übertragungen der Module der ISS, die von Satelliten aus gesendet wurden.

TUMKolleg vor dem Modell der ISS
Modell der SHEFEX (Forschung bzgl. Wiedereintritt in die Erdatmosphäre)
Modell des ColumbiaModuls
Innenraum des Columbia-Moduls
 Simulation in einem Kontrollraum (Bild von Sonja Bichler)
Kontrollzentrum der Columbia

Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsystem

Nach einem kräftigenden Mittagessen trafen wir auf Herrn Markus Limbach, einen Forschenden am Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsystem, der uns sowohl die Funktionsweise von Interferometrie und Antennen, als auch das Projekt Tandem-L näherbrachte und uns über dessen Methoden und Ziele aufklärte.

Bei diesem Projekt werden die 2 Satelliten voraussichtlich im Jahr 2023 in Formation über die Erde kreisen, mit dem Ziel, verschiedenste Umweltparameter wie Bodenfeuchte oder Biomasse  vorwiegend in den tropischen Zonen zu messen. Dabei sorgt hauptsächlich das dichte Blätterdach der Regenwälder für Probleme, da dieses die Radiowellen sehr selten oder überhaupt nicht auf den Boden treffen lässt. Allerdings kann man durch ein geeignetes Verfahren, den SAR (Synthetic Aperture Radar), bei dem ein Bild durch die Zusammensetzung vieler Samples unterschiedlicher Wellenlängen, entsteht, auch dieses Problem lösen. Die Satelliten können dann entfernungsunabhängig Bilder mit hoher Auflösung (bis zu einem Meter genau) erstellen, welches für optische Systeme unmöglich wäre.

Uns wurde dann ein durch Interferometrie entstandenes Abbild der ISS gezeigt.  Beeindruckend war, dass das Bild trotz der großen Entfernung eine Auflösung von 6 cm pro Pixel hatte, welches ausschließlich mithilfe des Verfahrens des SAR gelingen kann. Hier hätte man für eine optische Abbildung mit gleicher Auflösung Teleskope sehr großer Dimensionen benötigt.

Im Anschluss wurden uns Projekte mit alltäglicherem Nutzen vorgestellt, wie etwa ein autonom gesteuertes Segelflugzeug (HAPSAR/High-Altitude-Platform-SAR), das mit einem SAR-Sensor ausgerüstet über Schiffswege und Katastrophen-Gebiete kreisen soll, um detaillierte Beobachtungen anzustellen. Auch ein militärischer Verwendungszweck wäre für das kompakte und leichte Gerät denkbar. Letzteres gilt ebenfalls für das Projekt DRONAR (Drone-Radar), einer Drohne, die mit einem Sender/Empfänger für Mikrowellen ausgestattet noch vergrabene oder nicht gezündete Land- bzw. Personenminen durch mehrfache Aufnahmen in verschiedenen Höhen gezielt aufspüren soll.

Besuch des Instituts für Physik der Atmosphäre

Ein letztes Mal wechselten wir das Gebäude und erhielten einen ausführlichen Einblick in die tägliche Forschungsarbeit von drei Wissenschaftlern am DLR. Den Anfang machte hier die Doktorandin Magdalena Pühl, die uns die Aufgaben einer Doktorandin vorgestellt hat. In diesem Rahmen stellte sie uns auch ihre Forschungsarbeit vor, nämlich die Erforschung der Quellen von Methan und die Möglichkeiten zur Reduktion dieser. Das ist besonders heutzutage wichtig, da der Klimawandel zunehmend eine größere Rolle spielt. Die Messung der Konzentration von Methan erfolgt durch ein sog. Laserabsorptionsspektrometer, welches sich an Bord eines Forschungsflugzeug, das recht tief über vermuteten Methan-Quellen fliegt, befindet. Aufgrund der Tatsache, dass mehrere Methanisotopologe (Methan-Moleküle mit z.B. höherem Gewicht) existieren, die je nach Quelle vermehrt aufgefunden werden, ist es möglich, deren Ursprung genauer zu identifizieren. So ist zum Beispiel das Methan aus fossilen Quellen schwerer als das aus der Landwirtschaft.  

Als nächstes berichtete Dr. Maximilian Eckl über seine Kampagne „Methane-To-Go“ in Afrika. So muss zur erfolgreichen Einhaltung der internationalen Klimaziele der Ausstoß des sehr potenten Treibhausgases Methan in über hundert Ländern um mindestens 30 % gesenkt werden. Eine Woche zuvor waren Wissenschaftler des DLR auch bei der Vermessung der Lecks in der Pipeline Nord Stream 1 zur Luftvermessung vor Ort. Für das nächste Jahr ist geplant, im Oman drei Wochen lang den Methanausstoß zu protokollieren, da dort noch nie Messungen stattgefunden haben.  

Der bedauerlicherweise letzte Vortrag des Tages wurde von Dr. Tiziana Bräuner über ECLIF II gehalten. Bei ECLIF II ging es darum, den Einfluss von flugzeuggemachten Kondensstreifen auf das Klima zu erforschen und den Einfluss der Treibstoffzusammensetzung auf die Ausprägung des Kondensstreifens zu untersuchen. Dabei stellte sich zu allgemeiner Überraschung heraus, dass der vermeintlich harmlose Kondensstreifen aus eisummantelten Rußpartikeln in der Realität einen bis zu 50 % höheren Einfluss auf unser Klima hat als der Ausstoß des CO2.  Zum Glück erzeugen Biotreibstoffe wie zum Beispiel HEFA (aus Pflanzenölen) deutlich weniger Rußpartikel, welche ja nötig für die Rußbildung (und somit für die Bildung von Kondensstreifen) sind. 

Und so ging ein weiterer spannender Mittwoch zu Ende, der uns diesmal einen großartigen und tiefen Einblick in die zahlreichen Beschäftigungsmöglichkeiten beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt gewährte. Unser Dank gilt allen Beteiligten der Führung, vor allem aber dem Piloten Miguel Pereda, der für uns den ganzen Tag organisierte und alle Führungen und Besuche bei den verschiedenen Instituten ermöglicht hat!

Artikel und Bilder von Levin Kanzow & Arven Jashari