Die Besenmethode

Ein NASA-Mitarbeiter demonstriert die Besenmethode zur Erkennung einer tagsüber unsichtbaren Wasserstoffflamme. (Quelle: NASA)

Um ihre Raketen zu betanken, müssen die NASA-Wissenschaftler zwei der grundlegendsten Elemente, Wasserstoff und Sauerstoff, um Hunderte von Grad Celsius abkühlen, bis sie flüssig sind. In dieser effizienteren Form kann das Tankvolumen einer Rakete maximiert werden, wodurch der für den Auftrieb benötigte Treibstoff bereitgestellt wird. Dieser Prozess ist potenziell gefährlich, da Wasserstoff hochentzündlich ist. Sollte der flüssige Wasserstoff während der Lagerung, Betankung oder des Fluges wieder verdampfen, könnte ein Leck eine gewaltige Explosion verursachen.

Die NASA kämpft seit langem mit diesem Problem. Wasserstofflecks waren ein ständiges Problem für das Space-Shuttle-Programm und ließen die gesamte Flotte sechs Monate lang stillstehen, während Ingenieure im „Sommer des Wasserstoffs“ nach einem schwer zu findenden Leck suchten. Aufgrund seiner Effizienz als Treibstoff wird Wasserstoff im Gegensatz zu anderen Alternativen weiterhin von vielen Raumfahrtagenturen verwendet.

Der Orbiter Endeavour kehrt nach STS-118 aus dem Weltraum zurück. Bei dieser Mission wurde erstmals Wasserstoffband eingesetzt, das glücklicherweise vor dem Start ein Leck hatte. (Quelle: NASA)

Trotz der Gefahren von Wasserstoff verfügte die NASA lange Zeit nicht über ein umfassendes System zur Leckortung. Wasserstoff ist unter anderem deshalb gefährlich, weil er nur geringe Strahlungswärme abgibt und seine Flamme daher bei Tageslicht unsichtbar ist. Die NASA fand eine recht kreative Lösung für dieses Problem. Während der Apollo-Missionen gingen Wissenschaftler und Ingenieure einfach mit einem langen Besen vor sich durch die Anlagen. Berührte der Besen den unsichtbaren, brennenden Wasserstoff, verbrannte dessen Ende plötzlich, und sie konnten einen weiteren Bereich markieren, der gefährliches Gas enthielt. Es war zwar einfache Technik – aber sie funktionierte.

Während der Space-Shuttle-Zeit nutzte die NASA komplexere Sensoren zur Leckortung und UV-Kameras zur Erkennung bereits brennender Flammen. Diese Maßnahmen waren zwar effektiver als das bloße Herumfuchteln mit einem Besen, boten den Menschen am Boden jedoch keine unmittelbare visuelle Anzeige eines Lecks. Die Agentur benötigte eine neue Technologie zur Leckortung, die präzise und sofort reagieren konnte.

Kommerzielles Wasserstoffband wird zur Lecksuche eingesetzt. Es ist eine von vielen Technologien, die von der NASA entwickelt wurden und nun der Öffentlichkeit zugänglich sind. (Quelle: ASI Magazine)

In Zusammenarbeit mit dem Florida Solar Energy Center und unter Nutzung eines bestehenden japanischen Patents entwickelten Wissenschaftler der NASA ein chemochromes Band , das in Gegenwart von Wasserstoff seine Farbe ändert. Wasserstoff reagiert mit den in der äußeren Schicht des Bandes suspendierten Verbindungen und zeigt so ein Leck an. Das Band wurde erstmals 2007 bei einem Endeavour- Shuttle-Flug eingesetzt und hat seitdem vielfältige industrielle Anwendungen im privaten Sektor gefunden.

Wasserstofflecks geben weiterhin Anlass zur Sorge. Der zweite Startversuch der jüngsten Artemis-1-Mission wurde abgebrochen, da ein hartnäckiges Leck nicht geschlossen werden konnte. Obwohl sich die Systeme zur Erkennung und Bekämpfung weiterentwickelt haben, steht die NASA vor dem gleichen Dilemma wie zu Apollo-Zeiten: Der effizienteste Treibstoff ist gleichzeitig auch der gefährlichste und leckt am leichtesten. Da die NASA und andere Raumfahrtagenturen in den kommenden Jahren weitere Missionen vorbereiten, muss diesem alten Problem besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. In diesem Fall ist es wahre Raketenwissenschaft.

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Klebanoff L. Wasserstoffspeichertechnologie: Materialien und Anwendungen. CRC Press; 2012. doi:10.1201/b13685