„Meine Forschung soll den Weltraum besser zugänglich machen“ Simona Silvestri ist neue Professorin am Institut für Raumfahrtsysteme

Kryogene Treibstoffe könnten für Anwendungen im Weltraum genutzt werden. Daher sollte eine neue Weltrauminfrastruktur für die Produktion und Lagerung von Treibstoffen aufgebaut werden, um längere Weltraummissionen zu ermöglichen. Prof. Simona Silvestri forscht und lehrt seit Mai 2023 am Institut für Raumfahrtsysteme der Technischen Universität Braunschweig, um diese ehrgeizige Vision zu verwirklichen. Im Interview stellt sie sich vor und erklärt, wie sich unser Denken über Weltraumtransportsysteme ändern muss, um neue Missionen im Weltall zu ermöglichen.

Warum haben Sie sich für die TU Braunschweig entschieden?

Simona Silvestri ist neue Professorin am Institut für Raumfahrtsysteme. Bildnachweis: Kristina Rottig/TU Braunschweig

Im Rahmen eines Forschungstransferprogramms hatte ich die Möglichkeit, mit der TU Braunschweig zu arbeiten und die Professionalität des Forschungsteams zu erleben. Die TU Braunschweig hat den Ruf, ein zuverlässiger Kooperationspartner im nationalen und internationalen Kontext zu sein. Als ich von der Möglichkeit einer freien Stelle hörte, wollte ich mehr über das Angebot der Universität und der Stadt erfahren. Es war erfrischend für mich, das Forschungszentrum der Universität am Flughafen und die geplante Entwicklung zu erkunden. Auch die Atmosphäre, die ich während des Beurteilungsverfahrens vorfand, war sehr herzlich. Die Kolleginnen und Kollegen waren nicht nur kompetent, sondern auch sehr hilfsbereit und begeistert von dem neuen Forschungsthema. Das hat in mir den Wunsch geweckt, Teil dieser Gemeinschaft zu sein.

Was genau erforschen Sie? Wie würden Sie Ihre Arbeit einer Person erklären, die mit dem Thema nicht vertraut ist?

Ich bin eine Raketenwissenschaftlerin. Ich erforsche neue Technologien, die bei der Entwicklung von Raketentriebwerken eingesetzt werden können, um die Infrastruktur für die Weltraumlogistik kostengünstiger zu machen. Der Weltraum ist sicherlich ein Ort, den jeder mit träumerischen Augen ansieht, aber er scheint oft weit weg zu sein. Etwas, das fast unmöglich zu erreichen und zu erforschen ist. Nun, meine Forschung soll den Weltraum besser zugänglich machen.

Wir könnten den Weltraumtransport mit der vertrauten Verkehrsinfrastruktur auf der Erde vergleichen. Es gibt verschiedene Transportmittel, und die beste Wahl hängt davon ab, was wir erreichen wollen: welches Ziel wir erreichen wollen, wie viele Personen oder Güter wir befördern wollen, welche Art von Treibstoff zur Verfügung steht und wie lange die Reise dauern soll. Dies sind alles Faktoren, die berücksichtigt werden müssen, um die richtige Wahl zu treffen. Je nach Wahl haben wir unterschiedliche Möglichkeiten und Kosten. Wir könnten zum Beispiel von Deutschland nach Italien mit dem Auto, dem Zug oder dem Flugzeug reisen, was unterschiedliche Kosten verursachen würde. Dasselbe Prinzip lässt sich auch auf die Raumfahrt anwenden, aber in diesem Fall haben wir nicht viele Möglichkeiten und die Kosten sind so hoch, dass sich nur privilegierte Menschen oder große Unternehmen ein Ticket leisten können.

Meine Forschung befasst sich mit Möglichkeiten zur Senkung dieser Kosten anhand der Motorenentwicklung. Wie kann die Herstellung des Triebwerks vereinfacht werden, mit welchen Techniken kann die Leistung des Triebwerks verbessert werden und welche neuen Treibstoffkombinationen sind einfacher zu handhaben.

Auch die gesamte Systeminfrastruktur wird in Betracht gezogen, um den Weltraumbetrieb erschwinglicher zu machen. So wie wir unser Auto auftanken können, wenn wir auf eine lange Reise gehen, wollen wir auch unsere Rakete betanken können, ohne den Treibstoff von zu Hause mitbringen zu müssen. Deshalb suchen wir auch nach Möglichkeiten, den Treibstoff im Weltraum zu lagern und ihn direkt vor Ort zu produzieren.

Was sind die Hauptforschungsbereiche und -projekte, an denen Sie an der TU Braunschweig arbeiten werden?

Einer meiner Arbeitsbereiche ist die Erforschung von Methoden und Designs für die Verwendung kryogener Treibstoffe für Langzeitmissionen. Diese werden hauptsächlich für Hochleistungs-Trägerraketen verwendet. Durch ihre Verfügbarkeit im Weltraum eignen sich diese Treibstoffe jedoch auch für die Nutzung von In-situ-Ressourcen und die Betankung im Orbit. Die Anforderungen für Weltraumanwendungen unterscheiden sich von ihrer üblichen Verwendung und erfordern ein umfassendes Verständnis des Gesamtsystems.

Es gibt drei Hauptforschungsbereiche: Raumfahrtantriebe mit hohem Schub und hohem spezifischem Impuls, effiziente Schubsteuerung sowie Handhabung von Treibstoffen im Weltraum. Zu diesem Zweck ist der Bau einer kompakten, mobilen Verbrennungstestanlage geplant. Darüber hinaus wird die gesamte Weltraumlogistik berücksichtigt, um den kryogenen Langzeitantrieb auf Arbeitsebene effektiv zu gestalten. In der Tat müssen Konzepte für Betankungsstationen entwickelt werden, und es wird ein Thermalvakuumsystem gebaut, um Konzepte für die Handhabung von Treibstoffen und das Null-Abbrandverhalten zu untersuchen.

Ein weiterer Forschungsbereich ist die Entwicklung von wiederverwendbaren Raumtransportsystemen. Um die Produktionskosten zu minimieren, werden additive Fertigungsverfahren für die Herstellung von Raumfahrtkomponenten untersucht. Zur Erforschung der Einschränkungen im Zusammenhang mit den anspruchsvollen thermischen Umgebungen und Druckbelastungen, denen das System standhalten muss, wird eine Testanlage für Langzeittests und hohe thermische und Druckbelastungen gebaut.

Außerdem wird an Technologien zur Beseitigung von Weltraumschrott und an der Modellierung gearbeitet. Das Wissen über Weltraumschrott ist ein wichtiger Kompetenzbereich am Institut für Raumfahrtsysteme der TU Braunschweig. Die am Institut entwickelten Monitoring-, Fragmentierungs- und Ausbreitungsmodelle bilden die Grundlage für die Ableitung von Missionsanforderungen an das Antriebssystem. Methoden der künstlichen Intelligenz werden eingesetzt, um Andockfähigkeiten für nicht-kooperative Ziele zu entwickeln und mit unbekannten Variablen umzugehen.

Prof. Markus Böl, Dekan der Fakultät für Maschinenbau, Prof. Simona Silvestri und TU-Präsidentin Angela Ittel (v.l.n.r.) Bildnachweis: Kristina Rottig/TU Braunschweig

Was hat Sie dazu bewogen, in diesem Bereich zu forschen?

Der Weltraum hat mich schon als Kind fasziniert. Ich wollte mehr darüber wissen. Der Weltraum ist überall um uns herum und doch scheint er so weit weg zu sein. Als ich mich für ein Studium der Luft- und Raumfahrttechnik entschied, hatte ich jedoch keine wirkliche Vorstellung von dem, was mich erwartete. Die Grundlagenfächer unterscheiden sich ein wenig von der Idee, die einen dazu gebracht hat, diese Fakultät zu wählen. Man braucht eine Menge Motivation, um die auftretenden Schwierigkeiten zu überwinden. Ich erinnere mich noch an eine Vorlesung meines Professors im ersten Studienjahr, der uns sagte, dass es normal sei, wenn man nicht wisse, was man wirklich tun wolle, und dass man die Richtung im Leben oft ändern könne. Das Wichtigste sei, ein Fach zu wählen, für das man sich begeistern könne. Nicht nur das Thema, sondern auch die Leidenschaft der Menschen, die ich in diesem Sektor kennengelernt habe, war eine große Inspiration für mich. Die Möglichkeit, die Werkzeuge zu entwickeln, um mehr Wissen zu erlangen und dabei Spaß zu haben, war eine treibende Kraft hinter meiner Entscheidung.

Wie sieht Ihr Arbeitsalltag in drei Stichworten aus?

Konzipieren, austauschen und ausarbeiten.