Nordlicht in Friedrichsdorf baut Versuchskammer für
ISS-Experiment der Goethe-Uni Frankfurt

Fried­richs­dorf, 29. April 2020

Pünkt­lich zum 70. Jubi­lä­ums­jahr der Nord­licht GmbH gelang den Licht­spe­zia­lis­ten aus Fried­richs­dorf ein beson­de­rer Coup: Für das For­schungs­pro­jekt „EXCISS“ der Goe­the-Uni­ver­si­tät Frank­furt am Main ent­wi­ckel­te das Unter­neh­men mund­ge­bla­se­ne Pro­ben­kam­mern für eine Ver­suchs­rei­he im Welt­all. Sie soll­te eine der Theo­rien zur Ent­ste­hung von Pla­ne­ten über­prü­fen und wur­de von ESA-Astro­naut Alex­an­der Gerst selbst auf der Raum­sta­ti­on ISS durchgeführt.

Sei­nen Ursprung hat­te das Pro­jekt „EXCISS“ (Expe­ri­men­tal Chon­dru­le For­ma­ti­on at the ISS) im „Überflieger“-Wettbewerb des Deut­schen Zen­trums für Luft- und Raum­fahrt (DLR).
Dabei konn­ten sich Hoch­schu­len um ein Expe­ri­ment im Rah­men der „horizons“-Mission des deut­schen ESA-Astro­nau­ten Alex­an­der Gerst auf der Inter­na­tio­na­len Raum­sta­ti­on ISS bewerben.
Das 30-köp­fi­ge Pro­jekt­team der Goe­the-Uni­ver­si­tät Frank­furt und des Hacker­space Ffm rund um Tama­ra Koch schaff­te es mit ihrem Ver­suchs­kon­zept unter die bes­ten Drei und
damit ins Welt­all. Ihre Idee: Eine Theo­rie besagt, dass Pla­ne­ten wie unse­re Erde vor über 4,56 Mrd. Jah­ren aus Klümp­chen (Chond­ren) und die­se wie­der­um aus klei­nen Staub­körn­chen ent­stan­den sei­en, die durch Blit­ze im Son­nen­sys­tem auf­ge­schmol­zen wor­den waren.
Und wo kann man eine sol­che Theo­rie bes­ser über­prü­fen als auf einer Raum­sta­ti­on, in der die Geset­ze der Schwer­kraft schein­bar aus­ge­he­belt sind? Nun brauch­te es noch eine etwa dau­men­gro­ße, mit Gas gefüll­te Pro­ben­kam­mer aus Glas, in der win­zi­ge Sili­kat-Par­ti­kel mit Blit­zen beschos­sen wer­den konnten.
Kniff­lig war, dass der Ver­suchs­auf­bau, inklu­si­ve einer opti­schen Kame­ra zur Auf­zeich­nung, auf­grund der knap­pen Platz­ver­hält­nis­se auf der ISS in einem soge­nann­ten „Nan­oRack“, einem welt­raum­taug­li­chen Expe­ri­ment­kas­ten mit 10 x 10 x 15 cm Grö­ße, unter­ge­bracht wer­den musste.

Der Weg zur ISS-Probenkammer

Auf der Suche nach einem geeig­ne­ten Part­ner für die Fer­ti­gung der win­zi­gen Pro­ben­kam­mern kamen die Stu­die­ren­den dank der Emp­feh­lung der Uni­ver­si­täts­werk­statt auf die Nord­licht GmbH
aus Fried­richs­dorf. Die­se ist dank ihrer in die­sem Jahr bereits 70-jäh­ri­gen His­to­rie in der Neon­be­leuch­tung für ihre Erfah­rung in der Kom­bi­na­ti­on von Glas­blä­se­rei, Gasen und Hoch­span­nungs­strom bekannt. Im Sep­tem­ber 2017 star­te­te die gemein­sa­me Ent­wick­lungs­pha­se zwi­schen Nord­licht und der Hoch­schu­le, an der maß­geb­lich der dama­li­ge Nord­licht-Mit­ar­bei­ter Fran­cis­co José Navar­ro Melen­do betei­ligt war. Als einer der letz­ten deut­schen Neon-Glas­blä­ser stell­te er sich der Her­aus­for­de­rung, win­zi­ge Glas­kam­mern zu bla­sen, die nicht nur den
Strom­stö­ßen stand­hal­ten, son­dern auch ein kon­stan­tes Vaku­um für die Staub­par­ti­kel auf­recht­erhal­ten sollten.

Expe­ri­men­tel­les Geduldsspiel

Was sich zunächst recht sim­pel anhör­te, ent­wi­ckel­te sich zu einem inten­si­ven mehr­mo­na­ti­gen Opti­mie­rungs­pro­zess, bei dem Nord­licht in stän­di­gem Aus­tausch mit den Nachwuchsforschern
stand. Nach dem Tri­al-and-Error-Prin­zip tas­te­te sich Fran­cis­co J. Navar­ro Melen­do über unzäh­li­ge Ver­su­che an die rich­ti­ge Form und Glas­stär­ke für das win­zi­ge Bau­teil heran.
Über Mona­te hin­weg hieß es immer wie­der aufs Neue: Pro­ben­kam­mern for­men, Tests in der Hoch­schu­le durch­füh­ren, Ver­bes­se­rungs­vor­schlä­ge aus­ar­bei­ten, umset­zen, ausprobieren.

Nach­dem sich der Glas­blä­ser an das opti­ma­le Mate­ri­al und die per­fek­te Form her­an­ge­tas­tet hat­te, folg­te in der nächs­ten Stu­fe das Vaku­um und die Befül­lung mit den Sili­kat­Staub­par­ti­keln, die eben­falls eine Her­aus­for­de­rung dar­stell­te. Auch die rich­ti­ge Mate­ri­al­aus­wahl für die Elek­tro­den hat­te es in sich: Erst mit Elek­tro­den aus Wolf­ram, die mit Kup­fer gal­va­ni­siert wurden,
gelang es dem Pro­jekt­team, die gewünsch­ten Blit­ze zu erzeu­gen. Auf der Suche nach der pas­sen­den Strom­stär­ke gin­gen eini­ge der Kam­mern zu Bruch, sodass der erfah­re­ne Glas­spe­zia­list Navarro
Melen­do an die 100 Ansät­ze durch­lau­fen durf­te, bis end­lich 20 Pro­ben­kam­mern zum fina­len Test bereitstanden.

Klei­ne Box in unend­li­cher Weite

Nach gut einem Jahr inten­si­ver Ent­wick­lungs­ar­beit und zahl­rei­chen Tests gelang es, mit zwei Kam­mern alle Anfor­de­run­gen zu 100% zu erfül­len. Und so flog eine davon 2018 zur ISS, wo sie
min­des­tens für 30 Tage in der Obhut von Alex­an­der Gerst ver­blei­ben soll­te. Vol­ler Span­nung öff­ne­ten die Stu­die­ren­den in Anwe­sen­heit von Peter Bärsch, Tech­ni­scher Lei­ter der Nord­licht GmbH, nach der Rück­kehr ihre ver­sie­gel­te Ver­suchs­box, um her­aus­zu­fin­den, was die rund 80 Blit­ze aus den Staub­teil­chen gemacht hatten.

Nichts für Ungeduldige

Anders als in einem Hand­werks­be­trieb ste­hen die Arbeits­er­geb­nis­se in der Wis­sen­schaft nicht sofort zur Verfügung.
„Die bis­he­ri­gen Ergeb­nis­se sind sehr viel­ver­spre­chend. Wir waren in der Lage, durch Blit­ze in der Schwe­re­lo­sig­keit das Aus­gangs­ma­te­ri­al so zu ver­än­dern, dass wir neue Erkennt­nis­se dar­über gewin­nen kön­nen, ob Blit­ze bei der Pla­ne­ten­ent­ste­hung eine Rol­le gespielt haben könn­ten. Der kom­ple­xe expe­ri­men­tel­le Auf­bau mit der Nord­licht-Pro­ben­kam­mer hat auf der ISS funk­tio­niert“, berich­tet Tama­ra Koch, Lei­te­rin des Pro­jekt­teams an der Hoch­schu­le. Die Aus­wer­tung der Daten und die Ana­ly­se der Par­ti­kel aus der Pro­ben­kam­mer wer­den noch meh­re­re Mona­te beanspruchen.

Zu wis­sen, dass ein eige­nes Pro­dukt ins Welt­all gereist ist, um Teil einer ele­men­ta­ren For­schungs­ar­beit zu sein, wird in den nächs­ten 70 Jah­ren Fir­men­ge­schich­te kein ‚Nord­licht‘ vergessen.

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