Wenn Forschung fliegt: TU Dresden-Teams testen Innovationen auf Raketen und Stratosphären­ballons

_{Autoren: Raphaela Günther, Lucas Nöller}

Wie entwickelt man nachhaltige Materialien für Raketen? Wie könnte die Laserkommunikation zukünftiger Kleinsatelliten aussehen? Mit Fragen wie diesen beschäftigen sich Studierende der Hochschulgruppe STAR Dresden und Promovierende der Professur für Raumfahrtsysteme der TU Dresden (TUD) nicht nur in Vorlesungen und Laboren, sondern im Rahmen realer Raumfahrtmissionen. Gemeinsam entwickeln sie Experimente und begleiten diese über mehrere Jahre von der ersten Idee bis zum Flug. Dabei sammeln sie Erfahrungen, die sonst nur in professionellen Raumfahrtprogrammen möglich sind. Zwei aktuelle Projekte – das Raketenexperiment SHAMA und das Ballonexperiment CRAB – zeigen eindrucksvoll die Vielfalt der Forschung an der Professur.

Möglich werden solche Projekte durch das europäische REXUS/BEXUS-Programm (Rocket/Balloon Experiments for University Students). Das Programm wird gemeinsam vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Schwedischen Nationalen Raumfahrtagentur (SNSA) und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) durchgeführt. Studierende erhalten dabei die Möglichkeit, eigene wissenschaftliche Experimente zu entwickeln, zu bauen und auf Höhenforschungsraketen oder Stratosphärenballons unter realen Bedingungen zu testen. Die Starts erfolgen vom Esrange Space Center in Nordschweden und werden von erfahrenen Raumfahrtexpertinnen und -experten begleitet. Über einen Zeitraum von rund zwei Jahren durchlaufen die Teams dabei alle Phasen eines Raumfahrtprojekts – von der ersten Idee über Entwicklung, Tests und Qualifikation bis hin zum Flug und der wissenschaftlichen Auswertung.

Nachhaltiger Hitzeschutz für Raketen: Das SHAMA-Experiment

© STAR Dresden

Im März 2025 startete das Experiment SHAMA (Sustainable Heat-protective Ablative MAterial) an Bord der Höhenforschungsrakete REXUS 34. Ziel des Projekts war die Erprobung eines neuartigen thermischen Schutzmaterials namens TPSea, das an der TUD entwickelt wurde und auf Holz- und Seegrasfasern basiert.

Thermische Schutzsysteme sind essenziell für Raumfahrzeuge, um sie vor extremen Temperaturen während des Fluges zu schützen. TPSea setzt dabei auf nachwachsende Rohstoffe, die leicht, thermisch effizient und mechanisch belastbar sind, und bietet so eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Hochleistungsmaterialien.

Für SHAMA wurden Materialproben in der Nähe der Spitze der Rakete montiert und mit Temperatursensoren ausgestattet. Dadurch sollten erstmals wichtige Informationen über das Verhalten des Materials bereits während der Mission gewonnen werden. Obwohl REXUS 34 nicht die geplante Höhe erreichte, konnte die Nutzlast geborgen und einige Daten gesammelt werden.

Trotz dieser Einschränkungen lieferte die Mission wertvolle Erkenntnisse für die Entwicklung nachhaltiger Raumfahrtmaterialien. Die erfolgreiche Integration des Experiments in die Rakete sowie der Start markierten wichtige Meilensteine. Das Projekt zeigt, wie biobasierte Werkstoffe künftig auch für hochbelastete Raumfahrtstrukturen nutzbar gemacht werden könnten.

Weitere Details sind auf der Projektwebseite verfügbar.

Neue Wege für die Satellitenkommunikation: Das CRAB-Experiment

Das BEXUS-Projekt CRAB (Communication via Retroreflectors and ABsorption modulators) beschäftigte sich mit einer neuartigen Form der Laserkommunikation, die besonders für kleine Satelliten großes Potenzial bietet. Dabei wird ein Laserstrahl von einer Bodenstation zum Satelliten gesendet, dort von einem sogenannten modulierenden Retroreflektor zurückgeworfen und gleichzeitig mit Informationen versehen. Da der eigentliche Laser am Boden verbleibt, kann das Kommunikationssystem an Bord deutlich kompakter, leichter und energieeffizienter ausfallen.

© STAR Dresden

Im Rahmen von CRAB wurde untersucht, wie sich ein solcher Modulator unter den Bedingungen der Stratosphäre verhält und wie sich ein Höhenballon zuverlässig mit einem Teleskop verfolgen lässt. Dafür entwickelte das studentische Team eigene Elektronik, Mechanik und Software und testete die Systeme während eines BEXUS-Ballonflugs in rund 25 Kilometern Höhe. Die gewonnenen Erfahrungen und Technologien bilden die Grundlage für ein Folgeprojekt, in dem der nächste Schritt hin zu einer vollständigen Laserkommunikationsverbindung zwischen Bodenstation und Flugplattform gegangen werden soll.

Weitere Details sind auf der Projektwebseite verfügbar.

Mehr als Forschung: Raumfahrt als Teamleistung

SHAMA und CRAB zeigen, dass Raumfahrtforschung weit mehr ist als ein erfolgreicher Start oder die Auswertung von Messdaten. Neue Technologien entstehen in einem langen Prozess aus Ideen, Entwürfen, Tests, Rückschlägen und Verbesserungen. Nicht jede Mission verläuft wie geplant, nicht jede Fragestellung lässt sich beim ersten Versuch beantworten. Gerade der Umgang mit unerwarteten Herausforderungen, die gemeinsame Suche nach Lösungen und das Lernen aus Fehlern gehören jedoch zu den wichtigsten Erfahrungen in der Raumfahrt.

Programme wie REXUS und BEXUS ermöglichen es, diese Prozesse unter realen Bedingungen zu erleben. Sie verbinden Forschung und Lehre auf besondere Weise und geben Studierenden die Möglichkeit, Verantwortung in komplexen technischen Projekten zu übernehmen. Gleichzeitig entstehen neue wissenschaftliche Erkenntnisse und Technologien – von nachhaltigen Werkstoffen für zukünftige Raumfahrzeuge bis hin zu innovativen Kommunikationssystemen für Kleinsatelliten.

So verdeutlichen SHAMA und CRAB nicht nur die Bandbreite der Forschung an der Professur für Raumfahrtsysteme, sondern auch, wie aus Neugier, Teamarbeit und wissenschaftlichem Anspruch Ideen entstehen, die den Weg für die Raumfahrt von morgen ebnen. Mit den zwei Experimenten wird auch deutlich: Der Erfolg eines Projekts bemisst sich nicht allein am Ergebnis einer Mission, sondern ebenso an dem Wissen, den Fähigkeiten und dem Teamgeist, die auf dem Weg dorthin entstehen.

Einblicke in die Raketen- und Ballonexperimente