Wie entwickelt man für den Weltraum? Technische Sicherheit entsteht durch eine Vielzahl von Tests

Miroslav Palko ist kein reiner Theoretiker am Schreibtisch. Er verfügt über umfangreiche Erfahrungen in der Automobilindustrie, wo er Renngetriebe baute und an der Entwicklung extrem leichter Fahrzeugprototypen arbeitete. Heute sollen seine Ideen jedoch wesentlich höher hinaus – direkt ins Weltall. 

Sie leiten die Entwicklung des Projekts JARMIL. Könnten Sie zunächst erläutern, was sich genau hinter diesem Namen verbirgt?

Der Name JARMIL entstand erst ungefähr im siebten Anlauf und bezeichnet im Grunde die Kombination aus zwei Pumpen und dem eigentlichen Triebwerk.

Etwas für den Weltraum zu entwickeln bedeutet, mit extremen Bedingungen zu rechnen – von eisiger Kälte bis hin zur Hitze des Triebwerks. Was ist die größte Herausforderung dabei, eine Pumpe so zu entwerfen, dass sie den Vibrationen beim Start standhält und anschließend in der unwirtlichen Umgebung des Weltraums fehlerfrei funktioniert? 

Es sind nicht nur Kälte und Frost, auf die man sich bei solchen Missionen konzentrieren muss.  Durch unsere Arbeit an verschiedenen Vorrichtungen für Airbus sind wir an einen hohen administrativen Aufwand gewöhnt, bei Weltraumprojekten liegt dieser jedoch noch einmal zwei Stufen höher. 

Die Entwicklung eines funktionsfähigen Prototyps im Rahmen von Projekten der Europäischen Weltraumorganisation ESA wird allerdings bis zu einem gewissen Grad dadurch erleichtert, dass die ESA einen durch den gesamten Prozess führt. Man muss niemals sofort eine vollständige, fertige Lösung vorlegen. Die ESA verlangt ausdrücklich, dass man in kleinen Schritten vorgeht. Dabei überwacht sie den Prozess kontinuierlich. Bevor wir also die Phase des endgültigen Produkts erreichen, wird bereits eine enorme Anzahl einzelner Komponenten getestet worden sein. Dadurch soll verhindert werden, dass das System in den Orbit gelangt und dort plötzlich ein gravierendes Problem auftritt.

Dank der Simulationen Ihrer Kollegen von LENAM sehen Sie die Ergebnisse, noch bevor die Pumpe tatsächlich produziert wird. Lässt sich beziffern, wie viel Zeit und wie viele Prototypen Ihnen dieses „virtuelle Testen“ erspart, bevor Sie mit der endgültigen Fertigung für die ESA beginnen?

Prozentual lässt sich das nur sehr schwer ausdrücken, aber die Unterstützung ist enorm. Da wir von LENAM erste Ergebnisse erhalten, können wir diese anschließend selbst nachrechnen und verschiedene Varianten durchspielen. In die anschließende Fertigung im Prototypen- und Innovationszentrum der Fakultät für Maschinenbau in Košice gelangt dann nur noch ein bereits überprüftes Modell. Wenn alles gefertigt ist, können wir bei AUREL wiederum den ursprünglichen Entwurf rückwirkend vollständig überprüfen. Zwischen LENAM, dem Prototypen- und Innovationszentrum und AUREL besteht eine sehr gute Symbiose.

Die Entwicklung für die ESA unterliegt äußerst strengen Vorschriften für die Dokumentation jedes einzelnen Details. Ist diese konsequente Kontrolle für Ihre Partner in der Luft- und Raumfahrt die wichtigste Garantie dafür, dass die Technologie im Weltraum nicht versagt?

Es stimmt, dass die Bürokratie, wenn wir es so nennen wollen, bei der ESA wirklich sehr ausgeprägt ist. Andererseits kann ich das nachvollziehen. Die ESA kann es sich nicht leisten, etwas in den Orbit zu schicken, das „irgendwie“ gefertigt wurde und „vielleicht funktioniert“. Daher habe ich vollstes Verständnis für die administrativ anspruchsvollen Schritte, die damit verbunden sind.

Im Prototypen- und Innovationszentrum verfügen wir außerdem bereits über umfangreiche Erfahrungen. Wir arbeiten sogar nach der Luftfahrtnorm AS9100, die es uns ermöglicht, Komponenten für die Luftfahrtindustrie herzustellen. Auch dort gelten sehr hohe Anforderungen – etwa an die Rückverfolgbarkeit der Materialien, Werkstoffzeugnisse, Fertigungsprozesse und die Kontrolle der endgültigen Abmessungen. Es handelt sich um eine logische Weiterentwicklung, die uns voranbringt.

Die Dokumentation allein garantiert jedoch noch nicht, dass die Technologie tatsächlich funktioniert. Worauf die ESA wirklich vertraut, sind die einzelnen Schritte. Wenn man ein Triebwerk mit zwei Pumpen zusammenbaut, geschieht das niemals in einem einzigen Schritt. Man muss ganz am Anfang beginnen – zuerst mit einer Pumpe, mit der sämtliche Schritte durchlaufen werden und anschließend mit der zweiten Pumpe. Erst wenn jede einzelne Komponente separat getestet und erprobt wurde, dürfen sie miteinander verbunden werden. Die ESA achtet sehr genau darauf, dass man weder zu früh beginnt noch auf einer zu hohen technologischen Reifestufe, dem sogenannten Technology Readiness Level (TRL) einsteigt. In dieser Hinsicht ist sie sehr strikt.

Die AUREL Gruppe ist vor allem für ihre hochentwickelte Entwicklungsarbeit, die Prüfung der Fahrzeugsicherheit und Crash-Tests bekannt. Auf den ersten Blick scheint das weit vom Weltraum entfernt zu sein. Was haben Erfahrungen mit kritischen Szenarien im Straßenverkehr mit der Entwicklung einer Pumpe für ein Raketentriebwerk gemeinsam? 

Auf den ersten Blick mag es tatsächlich wie zwei völlig unterschiedliche Themen wirken. In Wirklichkeit sind jedoch die Ausstattung, das Fachwissen und die Erfahrungen der Mitarbeiter von unschätzbarem Wert. Ob es um die Entwicklung einer Antriebswelle oder um Dehnungsmessungen an einer Antriebswelle geht, sie unterscheiden sich nicht grundlegend von Dehnungsmessungen an einer Zahnradpumpe. Auch dort gibt es Zahnräder, es wird die Mikrogeometrie untersucht, und es werden Kräfte an den Lagern und am Gehäuse gemessen. Man arbeitet lediglich mit einem anderen Medium, bei vollkommen anderen Temperaturen und mit einer anderen Flüssigkeit – aber das Prinzip bleibt dasselbe. Die Physik ist überall gleich.

Sie selbst können auf eine interessante berufliche Laufbahn zurückblicken, Sie haben Renngetriebe und extrem leichte Fahrzeugprototypen gebaut.  Hilft Ihnen diese praktische Erfahrung mit der Auslegung von Bauteilen „am technischen Limit “ auch bei so komplexen Weltraumprojekten wie JARMIL? 

Jedes erfolgreich abgeschlossene Projekt bringt einem etwas Neues bei. Und je mehr Projekte im Laufe der Zeit hinzukommen, desto besser kann man diese Erfahrungen nutzen. Ich denke, jetzt ist genau der richtige Zeitpunkt, um die bisherigen Erfahrungen in vollem Umfang einzusetzen.

Košice ist vermutlich nicht die erste Stadt, an die man bei Weltraumentwicklung denkt. Wie schwierig ist es, ein solches Ökosystem zwischen Universität und Industrie aufzubauen?

Es ist nicht ganz einfach, aber genau mit dieser Vision hat sich das gesamte Prototypen- und Innovationszentrum an der Arbeit beteiligt. Im Rahmen des Zentrums arbeiten wir bereits aktiv mit Studierenden zusammen. Das bedeutet, dass sie nicht warten müssen, bis sie ihr Studium abgeschlossen haben, sondern bereits während des Studiums praktische Erfahrungen sammeln können. Die Studierenden können wählen, ob sie sich für die Programmierung von CNC-Maschinen, Konstruktion oder Messtechnik interessieren, denn alle diese Bereiche befinden sich bei uns unter einem Dach. Und man merkt, dass ihnen diese Arbeit wirklich Freude macht. Da sie an realen Projekten mitarbeiten können, die tatsächlich funktionieren und zu den bedeutenden Ergebnissen des Zentrums gehören, sammeln sie enorme Erfahrungen.

Im Weltraum gibt es weder einen Reparaturdienst noch einen zweiten Versuch, und auch keinen Seitenstreifen. Woran erkennen Sie als Ingenieur den Moment, in dem es an der Pumpe nichts mehr zu optimieren gibt und Sie sagen können: „Jetzt ist sie hundertprozentig zuverlässig, dafür lege ich meine Hand ins Feuer“? 

Es kommt auf die Anzahl der Tests an. Nach jedem Test müssen die Komponenten zerlegt, detailliert untersucht und anschließend auf ihren Zustand überprüft werden. Heute lässt sich dank der Werkzeuge von LENAM bereits vieles vorhersagen. Technische Sicherheit entsteht durch die Vielzahl der durchgeführten Tests. Je mehr Probleme in dieser Phase auftreten, desto weniger Komplikationen können später im Orbit entstehen. Eine hundertprozentige Sicherheit gibt es selbstverständlich nicht. Heute verfügen wir jedoch über Werkzeuge, mit denen sich das Risiko erheblich minimieren lässt.

Sie haben bereits Renngetriebe und Leichtbauprototypen entwickelt, und nun arbeiten Sie an Pumpen für Raketentriebwerke. Was treibt Sie persönlich bei der Suche nach den neuesten Technologien und Entdeckungen an?

Das steckt vermutlich schon seit meiner Kindheit in mir. Da ich früher selbst geflogen bin, habe ich zudem eine sehr enge Beziehung zu diesem Bereich. Der Motorsport ist eine weitere Leidenschaft, die ich aktiv mit meiner Arbeit verbinden kann. Die Luft- und Raumfahrt hat mich schon immer fasziniert. Und die Verbindung zwischen den Studierenden, AUREL und LENAM ist für mich gewissermaßen ein wahr gewordener Traum.

Dann wünsche ich Ihnen, dass Sie sich diese Begeisterung bewahren, und danke Ihnen für das Gespräch.
Vielen herzlichen Dank.