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Ende August 2026 starten auf der Internationalen Raumstation ISS Materialversuche, die auf der Erde so nicht möglich sind. Ein Team um Ralf Busch von der Universität des Saarlandes erhitzt Legierungen aus Nickel-Niob und Nickel-Niob-Schwefel auf bis zu 1700 Grad Celsius. Die Proben schweben dabei frei im Raum, ohne Kontakt zu einem Behälter. Der Versuchszeitraum läuft vom 31. August bis zum 4. September 2026.
Warum Schwerelosigkeit die Messung verbessert
Das Prinzip des elektromagnetischen Schwebens funktioniert grundsätzlich auch auf der Erde. Dort ist der Nachteil: Die Magnetfelder müssen stark genug sein, um die Erdanziehungskraft auf die Probe vollständig auszugleichen. Diese hohen Feldstärken erzeugen Strömungen in der flüssigen Probe, die die Messwerte verzerren.
Unter Mikrogravitation reicht ein deutlich schwächeres Magnetfeld aus. Die Probe bleibt stabil in Position, ohne dass nennenswerte Störströmungen entstehen. Diese ruhigere Schmelze liefert präzisere Messergebnisse für Materialeigenschaften, die in der Entwicklung neuer Werkstoffe benötigt werden.
Die Versuche laufen im Electromagnetic Levitator, kurz EML, im europäischen Columbus-Modul der ISS. Neben der Universität des Saarlandes sind das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, die Universität Münster und die ESA beteiligt.
Was die Messungen erfassen
An den schwebenden Tropfen messen die Forschenden mehrere thermophysikalische Eigenschaften: Oberflächenspannung, Viskosität, spezifische Wärmekapazität, thermische Ausdehnung sowie das Unterkühlungs- und Schwingungsverhalten der Schmelze.
Für die Bestimmung von Oberflächenspannung und Viskosität wird der Tropfen gezielt zum Schwingen gebracht. Aus Frequenz und Abklingverhalten der Schwingungen lassen sich die gesuchten Materialkennwerte ableiten. Einzelne Versuchszyklen auf der ISS können bis zu 45 Minuten dauern, mehrere Zyklen sind pro Tag vorgesehen.
Bei Parabelflügen, die das Team als Vorbereitung nutzte, beträgt die Phase annähernder Schwerelosigkeit je Parabel rund 22 Sekunden. Forscher Lucas Ruschel absolvierte dabei nach Universitätsangaben an einem Tag 30 solcher Parabeln. Für umfangreiche Messreihen reicht das nicht aus.
Metallische Gläser als Entwicklungsziel
Metallische Gläser sind Legierungen, die beim Abkühlen nicht kristallisieren, sondern in einem amorphen Zustand erstarren. Sie haben hohe Festigkeit, elastische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit, was sie für Anwendungen in Medizintechnik, Elektronik und Präzisionsmechanik interessant macht.
Die Herausforderung bei der Entwicklung metallischer Gläser liegt in der gezielten Steuerung des Erstarrungsprozesses. Dafür brauchen Werkstoffingenieure präzise Daten über das Verhalten der Schmelze in der unterkühlten Phase. Genau diese Daten soll das ISS-Experiment liefern.
Berührt die Schmelze einen Tiegel, kann das Behältermaterial eine vorzeitige Kristallisation auslösen. Ohne Tiegelkontakt bleibt die Schmelze länger flüssig und lässt sich kontrollierter untersuchen.
Steuerung vom Boden aus Köln
Während der Experimente sitzt ein Teil des Forschungsteams im Kontrollzentrum des DLR in Köln. Von dort erhalten die Wissenschaftler Livebilder des schwebenden Tropfens und können Versuchsparameter in Echtzeit anpassen.
Die Proben befinden sich bereits auf der ISS. Hergestellt wurden sie an der Universität des Saarlandes, wo die Elemente zunächst zusammengeschmolzen und homogenisiert wurden.
Fazit
Das ISS-Experiment soll Grundlagendaten liefern, die am Boden nicht in dieser Qualität erhoben werden können. Für Unternehmen, die metallische Gläser entwickeln oder einsetzen, sind präzisere Materialkennwerte ein handfester Vorteil bei der Simulation und Auslegung von Bauteilen. Die Ergebnisse sollen voraussichtlich in Werkstoffdatenbanken einfließen, auf die Entwicklungsteams in der Industrie zurückgreifen. Ob und wann das geschieht, hängt vom Verlauf der Messreihen im September ab.
