Die NASA eröffnet ein Space Technology Research Institute für additive Metallfertigung

Dec 31, 2023

17. April 2023

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Die NASA hat angekündigt, zwei neue Institute zu gründen, um Technologien in wichtigen Bereichen des Ingenieurwesens und der Klimaforschung zu entwickeln. Die neuen Space Technology Research Institutes (STRIs) werden von US-Universitäten geleitete Teams nutzen, um multidisziplinäre Forschungs- und Technologieentwicklungsprogramme zu entwickeln, die für die Zukunft der NASA von entscheidender Bedeutung sind. Durch die Zusammenführung von Wissenschaft, Technik und anderen Disziplinen von Universitäten, der Industrie und gemeinnützigen Organisationen wollen die Institute durch Investitionen in Frühphasentechnologie Einfluss auf die künftigen Fähigkeiten der Luft- und Raumfahrt nehmen.

Eines der Forschungsinstitute (das Quantum Pathways Institute) wird sich auf Quantensensortechnologie zur Unterstützung der Klimaforschung konzentrieren. Das andere Institut (das Institute for Model-Based Qualification & Certification of Additive Manufacturing, kurz IMQCAM) wird daran arbeiten, das Verständnis zu verbessern und eine schnelle Zertifizierung von Metallteilen zu ermöglichen, die mithilfe additiver Fertigungstechniken hergestellt wurden.

„Wir freuen uns, auf das Fachwissen dieser multiuniversitären Teams zurückgreifen zu können, um Technologien für einige unserer dringendsten Bedürfnisse zu entwickeln“, erklärte Jim Reuter, stellvertretender Administrator des Space Technology Mission Directorate der Agentur im NASA-Hauptquartier in Washington. „Ihre Arbeit wird die Wissenschaft der nächsten Generation für die Erforschung unseres Heimatplaneten ermöglichen und die Verwendung von 3D-gedruckten Metallteilen für die Raumfahrt durch modernste Modellierung erweitern.“

Jedes Institut erhält über einen Zeitraum von fünf Jahren bis zu 15 Millionen US-Dollar.

Die Carnegie Mellon University in Pittsburgh, Pennsylvania, wird das Institute for Model-based Qualification & Certification of Additive Manufacturing (IMQCAM) leiten, mit dem Ziel, Computermodelle additiv gefertigter Metallteile zu verbessern und ihren Nutzen für Raumfahrtanwendungen zu erweitern. Das Institut wird gemeinsam von der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland, geleitet.

Metalladditive Fertigung kann für Anwendungen wie Raketentriebwerke eingesetzt werden – was mehr Flexibilität bei der Herstellung neuer Teile bietet, wenn sich Designs ändern. Die Technologie könnte auch an einem menschlichen Außenposten auf dem Mond eingesetzt werden, wo der Transport vorgefertigter Teile teuer und einschränkend wäre. Eine effiziente Zertifizierung und Nutzung solcher Teile erfordert jedoch hochpräzise Vorhersagen ihrer Eigenschaften.

„Die innere Struktur dieses Teiltyps unterscheidet sich stark von der, die mit jeder anderen Methode hergestellt wird“, fügte Tony Rollett, leitender Forscher des Instituts und US-Steel-Professor für Metallurgietechnik und Materialwissenschaften an der Carnegie Mellon University, hinzu. „Das Institut wird sich auf die Erstellung der Modelle konzentrieren, die die NASA und andere in der Industrie benötigen, um diese Teile täglich zu verwenden.“

Detaillierte Computermodelle, sogenannte digitale Zwillinge, werden es Ingenieuren ermöglichen, die Fähigkeiten und Grenzen der Teile zu verstehen – beispielsweise wie viel Belastung die Teile aushalten können, bevor sie brechen. Solche Modelle ermöglichen die Vorhersagbarkeit der Teileeigenschaften auf der Grundlage ihrer Verarbeitung, was für die Zertifizierung der Teile zur Verwendung von entscheidender Bedeutung ist. Das Institut wird digitale Zwillinge für AM-Teile aus Raumfahrtmaterialien entwickeln, die üblicherweise für die additive Fertigung verwendet werden, sowie neue Materialien bewerten und modellieren.

Somnath Ghosh, Michael G. Callas-Professor für Bau- und Systemtechnik an der Whiting School of Engineering der Johns Hopkins University, wird als Co-Studienleiter fungieren und zusammen mit Rollett das Institut leiten. Weitere Partner des Instituts sind die Vanderbilt University, die University of Texas at San Antonio, die University of Virginia, die Case Western Reserve University, das Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University, das Southwest Research Institute und Pratt & Whitney.

Die University of Texas in Austin wird das Quantum Pathways Institute leiten, das sich auf die Weiterentwicklung der Quantensensortechnologie für geowissenschaftliche Anwendungen der nächsten Generation konzentriert. Eine solche Technologie würde ein neues Verständnis unseres Planeten und der Auswirkungen des Klimawandels ermöglichen.

Quantensensoren nutzen die Prinzipien der Quantenphysik, um potenziell präzisere Daten zu sammeln und beispiellose wissenschaftliche Messungen zu ermöglichen. Diese Sensoren könnten besonders nützlich für Satelliten im Orbit um die Erde sein, um Massenveränderungsdaten zu sammeln – eine Art Messung, die Wissenschaftlern Aufschluss darüber geben kann, wie sich Eis, Ozeane und Landwasser bewegen und verändern. Obwohl die grundlegende Physik und Technologie für Quantensensoren konzeptionell nachgewiesen wurde, ist noch Arbeit erforderlich, um Quantensensoren mit der Präzision zu entwickeln, die für die wissenschaftlichen Anforderungen der nächsten Generation bei Raumfahrtmissionen erforderlich ist.

„Quantensensormethoden haben sich in der Informatik, der Kommunikation und jetzt auch für geowissenschaftliche Fernerkundungsanwendungen als vielversprechend erwiesen“, erklärte Dr. Srinivas Bettadpur, Hauptforscher des Instituts und Professor für Luft- und Raumfahrttechnik und technische Mechanik an der University of Texas in Austin. „Unser Ziel ist es, diese Technologie voranzutreiben und sie so schnell wie möglich für den Weltraumeinsatz bereit zu machen.“

Das Institut wird daran arbeiten, die den Quantensensoren zugrunde liegende Physik weiter voranzutreiben, zu entwerfen, wie diese Sensoren für Weltraummissionen gebaut werden könnten, und zu verstehen, wie Missionsdesign und Systemtechnik angepasst werden müssten, um dieser neuen Technologie gerecht zu werden.

Zu den Partnern des Instituts gehören die University of Colorado Boulder; Universität von Kalifornien, Santa Barbara; Kalifornisches Institut der Technologie; und das National Institute of Standards and Technology.

www.nasa.gov

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