Raumtransportsysteme wie das US amerikanische Space Shuttle, die aus dem All zur Erde zurückkehren können, sind beim Eintritt in die Erdatmosphäre aufgrund der Luftreibung extrem hohen Temperaturen ausgesetzt. Deshalb sind besondere Maßnahmen erforderlich, um das Transportmittel selbst und damit die Besatzung oder allgemein die zur Erde zurück zu bringende Nutzlast vor Schaden zur bewahren.

Auch in Deutschland befasste und befasst man sich mit der sog. Wiedereintrittstechnologie und entwickelt in diesem Zusammenhang seit Mitte der 80er Jahre besondere Werkstoffe: faserverstärkte Keramiken, die nicht nur die sehr hohen Temperaturen beim Wiedereintritt aus dem Weltraum aushalten, sondern sich noch durch weitere wertvolle Eigenschaften auszeichnen. Sie haben eine geringe Dichte, hohe Festigkeit und hohe Steifigkeit (auch bei hohen Temperaturen) und widerstehen in besonderem Maße Verschleiß, Korrosion und Thermoschocks. Der besondere Vorteil faserverstärkter gegenüber monolithischer Keramik liegt in der hohen Bruchzähigkeit, die zu einem "quasiduktilen", nicht spröden Bruchverhalten führt.

Aus faserverstärkter Keramik lassen sich dünnwandige und großflächige Keramikbauteile in Integralbauweise herstellen. Sie ermöglicht Leichtbau in vielen Bereichen der Technik wie Chemie, Umwelt, Energie oder Maschinenbau. Faserverstärkte Keramiken sind keine homogenen, einheitlich erfassbaren Werkstoffe, sondern vielmehr ein breites Spektrum verschiedenster chemischer Systeme, die ein breites Feld ingenieurtechnischer Anforderungen abdecken. Beispiele für einen erfolgreichen Technologietransfer in neue Anwendungsbereiche gibt es in der solaren Kraftwerkstechnik oder der Klimaforschung.

Solarkraftwerke

In Spanien gibt es ein neues Gesetz, wonach jede Kilowattstunde solar erzeugten Stroms mit ca. 15 Cent vergütet wird. Dies ist Motor für die Entwicklung solarthermischer Kraftwerke, bei der DLR und ein deutsches Unternehmen aus dem Anlagenbau, Kraftanlagen Anlagentechnik München GmbH (KAM) kooperieren. Das DLR entwickelte für solarthermische Kraftwerke mit hohem Wirkungsgrad einen rein keramischen Receiver (PhitRec). Entscheidend für die Leistungsfähigkeit des Receivers ist der Einsatz des keramischen Materials Cesic® (kohlefaserverstärktes Siliziumcarbid) der Fa. ECM Ingenieur-Unternehmen für Energie- und Umwelttechnik, auf das Mitarbeiter des DLR 1999 während der Hannover Messe und der dortigen Präsentation von Raumfahrttechnologien aufmerksam wurden. ECM ist ein Tochterunternehmen der KAM und verfügt über das nötige Know-how, auch komplexe keramische Bauteile wie den Phitrec-Receiver einfach und kostengünstig herzustellen.

Das Konzept zum PhitRec-Receiver sieht vor, die Anzahl an unterschiedlichen Bauteilen zu minimieren und auf jegliche aufwendige Kühlung zu verzichten. Das Resultat ist ein Receiver, der modular aus gleichen Bauteilen zusammengesetzt wird. Hierdurch kann die gesamte Entwicklungs- und Optimierungsarbeit auf ein einzelnes Bauteil konzentriert werden. Insbesondere reduziert sich hierdurch die Ausfallwahrscheinlichkeit, was ein wichtiges Argument für eine schnelle Markteinführung ist.

Inzwischen wurden drei Prototypen des Phitrec-Receivers im Sonnenofen des DLR gestestet. Die weitere Entwicklung wird vom Bundesministerium für Umwelt gefördert. In diesem Zusammenhang sind Versuche im 400 kW Maßstab auf der Plataforma de Almeria vorgesehen, und es soll das Hochskalieren der Receiver auf die später in kommerziellen Anlagen angestrebte Baugröße von 5 MW Modulen durchgeführt werden. Nach erfolgreichen Tests ist eine weltweite Vermarktung dieser Art von solarthermischen Kraftwerken durch KAM vorgesehen.

Spiegel zur Ausrichtung eines Spektrometers

Auf dem russischen Höhenflugzeug Geophysica betreibt das Forschungszentrums Karlsruhe das Emissions-Fourierspektrometer MIPAS-STR (Michelson Intererometer für passive atmosphärische Sondierung - STRatosphärenflugzeug). Aus den damit gemessenen Infrarot-Spektren werden Konzentrationen von diversen Spurengasen in verschiedenen Atmosphärenschichten bestimmt. Um die Spektrometersichtlinie während der Messung auf den gewünschten erdfesten Winkel zu stabilisieren, wird in dem gekühltem MIPAS-STR Messgerät ein pointing Spiegel aus Cesic®-Keramik von ECM eingesetzt.

Der Kontakt zu ECM wurde Anfang 2001 vermittelt nachdem sich Mitarbeiter des Forschungszentrums Karlsruhe auf der Suche nach einem den hohen Anforderungen gerecht werdenden Material an die MST Aerospace gewandt hatten. ECM konnte einen Spiegel anbieten, der bzgl. Gewichtsreduktion und Montage optimiert ist. Durch den Einsatz von Cesic® ergibt sich eine exzellente mechanische und thermische Stabilität der optischen Oberfläche, was in der guten Wärmeleitfähigkeit, der geringen thermischen Ausdehnung und dem großen E-Modul des Materials begründet ist.