20.07.2020

Al Amal: Vereinigte Arabische Emirate starten Marsmission

Am 19. Juli starteten die Vereinigten Arabischen Emirate ihre Sonde "Al-Amal" vom japanischen Weltraumbahnhof Tanegashima in Richtung Mars.
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Al Amal, Mars, VAE, Vereinigte Arabische Emirate
(c) mbrsc.ae - Den Vereinigten Arabischen Emiraten gelang der Start ihrer Sonde Al Amal in Richtung Mars.

Die erste interplanetare Mission der Vereinigten Arabischen Emirate ist auf dem Weg. An der Südspitze Japans sandte das Land am gestrigen Sonntag seine Marssonde „Al Amal“ (Hoffnung) auf einer japanischen Trägerrakete zum Mars. Das Ziel: das Wetter auf dem Roten Planeten zu beobachten. Bis zur Ankunft gibt es allerdings noch ein paar kritische Momente.

Zum halben Jahrhundert bereit

„Al Amal“ soll nach siebenmonatiger Reise im Frühjahr 2021 mit der Umrundung des Mars beginnen. Die Regierung der Vereinigten Arabischen Emirate startete das Projekt bereits 2014, um zum 50. Jahrestag der Gründung der Nation im Dezember 2021 fertig zu sein.

Um sicherzustellen, dass „Al Amal“bis zum Jubiläum im Orbit ist, musste das Projekt-Team die Sonde heuer ins All bringen, da sich Erde und Mars aktuell in einer Konstellation (nah beieinander) befinden, die nur alle 26 Monate wiederkehrt.

Al Amal: kurze Sorge wegen Sonnenkollektoren

Beim Start auf dem japanischen Weltraumbahnhof Tanegashima lief, bis auf eine kurze Sorge wegen nicht geöffneter Sonnenkollektoren – die schlussendlich doch aufgingen – alles gut. Jedoch werden Ingenieure erst in den nächsten Tagen die Daten der Sonde analysieren können, um die Gesamt-Verfassung von „Al Amal“ zu bestimmen.

„Erst der Anfang“

„Jahre harter Arbeit und Engagement haben sich in hohem Maße ausgezahlt“, sagte Yousef Al Otaiba, Botschafter der Vereinigten Arabischen Emirate in den Vereinigten Staaten, während eines Livestreams nach dem Start. „Dank der Bemühungen des Missionsteams fliegt das erste Raumschiff der VAE, das vor sechs Jahren nur ein Konzept, nur eine Idee war, jetzt auf dem Weg zu einem anderen Planeten in den Weltraum. Dies ist eine große Leistung. Aber es ist auch erst der Anfang.“

Kosten bei 200 Millionen US-Dollar

Die Kosten für die Sonde beliefen sich auf 200 Millionen US-Dollar. Das Projekt war eine Kooperation mit verschiedenen akademischen Institutionen in den USA darunter der „University of Colorado“ in Boulder, der „Arizona State University“ und der „University of California“ in Berkeley.

In einem Monat kritischer Zeitpunkt

„Unsere Regierung hat es klar kommuniziert: Sie wollte, dass wir ein neues Modell für die Ausführung und Durchführung solcher Missionen entwickeln“, sagte Omran Sharaf, Projektmanager für die Mars-Mission, während einer Pressekonferenz vor dem Start.

In etwa einem Monat müssen die Ingenieure ein erstes heikles Manöver durchführen, um „Al Amals“ Weg zum Mars zu korrigieren. Die Trägerrakete wird ihre an Bord befindlichen Triebwerke verbrennen und die Sonde leicht anstoßen.

Hohe Bremsleistung nötig

Es wird ein paar dieser Korrekturen brauchen, um sicherzustellen, dass Al Amal bei ihrer Ankunft den richtigen Ort auf dem Mars erreicht. Dabei muss die Sonde von einer Geschwindigkeit von 121.000 Kilometer pro Stunde auf 18.000 km/h gebremst werden.

NASA-Live Coverage der Al Amal-Mars-Mission (Start bei 57. Minuten)

Ein Robin-Hood-Manöver

„Es ist ein sehr kleines Ziel“, sagte Pete Withnell, Programmmanager der „University Colorado Boulder“, im Vorfeld des Startes. „Es entspricht einem Bogenschützen, der ein zwei Millimeter großes Ziel in einem Kilometer Entfernung trifft. Das ist also nichts für schwache Nerven.“

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Wind und Sonne liefern Strom, wann sie wollen, nicht wann ihn jemand braucht. Diese Lücke schließen Batteriespeicher. Sie werden damit zur Schlüsseltechnologie der Energiewende. Genau hier setzt Phoenics an: Ein steirisches Konsortium entwickelt die nächste Generation von Lithium-Ionen-Zellen für stationäre Speicher.

Koordiniert wird das Projekt von der Virtual Vehicle Research GmbH in Graz. Partner sind Varta Innovation, die Materials Center Leoben Forschung GmbH (MCL) und AVL List. Phoenics läuft 36 Monate und kostet 2,9 Millionen Euro. Knapp zwei Millionen davon kommen von der FFG, aus der Ausschreibung „Energieforschung 2024″.

Ein Material, zwei Ziele

Im Zentrum steht ein Kathodenmaterial: Lithium-Mangan-Eisenphosphat, kurz LMFP. Es ist eine Weiterentwicklung des etablierten Lithium-Eisenphosphats (LFP). LFP-Zellen gelten als sicher und robust, und sie kommen ohne kritische Rohstoffe wie Kobalt oder Nickel aus. LMFP soll zusätzlich bis zu 20 Prozent mehr spezifische Energiedichte liefern. Auf gleichem Bauraum ließe sich damit mehr Energie speichern.

Diesen Materialvorteil will das Konsortium in die fertige Zelle bringen. Die Zielmarken: 20 Prozent mehr Energiedichte, 40 Prozent längere Lebensdauer.

Was noch offen ist

Bis dahin bleiben Fragen. Wie verhält sich das Material über die Lebensdauer, wie altert es, und lässt es sich industriell verarbeiten und skalieren?

Das Konsortium kombiniert deshalb Experiment und Simulation. Die Partner untersuchen das Kathodenmaterial über den gesamten Lebenszyklus, mit Materialcharakterisierung, hochauflösender Bildgebung und KI-gestützter Auswertung. Parallel entstehen physikbasierte und datengetriebene Modelle. Sie bilden das Verhalten der Zelle von der Mikrostruktur bis zum kompletten Speichermodul ab und sollen Entwicklungszyklen verkürzen.

„Die Mikrostruktur von Elektrodenmaterialien beeinflusst maßgeblich Leistung, Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Batteriezellen“, sagt Roland Brunner, Gruppenleiter am MCL.

Ein eigener Schwerpunkt gilt der Sicherheit. Spezielle Testverfahren sollen zeigen, ob LMFP-Zellen den Anforderungen an Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit genügen. AVL bringt dafür seine Erfahrung in der elektrochemischen Modellierung ein. Verbinde man physikalische Modelle mit Methoden des maschinellen Lernens, ließen sich kritische Betriebszustände und Sicherheitsaspekte frühzeitig vorhersagen, sagt Roland Wanker, Geschäftsbereichsleiter Advanced Simulation Technologies bei AVL.

Aufbauen statt neu anfangen

Phoenics setzt die Zusammenarbeit aus dem Vorgängerprojekt OpMoSi fort. „Unsere Stärke liegt darin, modernste Simulations- und Analysemethoden mit industrieller Entwicklungskompetenz zu verbinden“, sagt Projektleiter Philip Kargl von Virtual Vehicle.

Varta Innovation steuert die Fertigungsseite bei, von der Materialentwicklung über die Elektrodenfertigung bis zur Zellintegration. Großes Potenzial sehen die Partner vorerst bei stationären Speichern. Langfristig könnten die Ergebnisse auch der Elektromobilität nützen.

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Al Amal: Vereinigte Arabische Emirate starten Marsmission

  • Die erste interplanetare Mission der Vereinigten Arabischen Emirate ist vollbracht.
  • An der Südspitze Japans sandte das Land seine Marssonde „Al Amal“ auf einer japanischen Trägerrakete zum Mars.
  • Das Ziel: das Wetter auf dem Roten Planeten zu beobachten.
  • Die Regierung der Vereinigten Arabischen Emirate startete das Projekt bereits 2014, um für den 50. Jahrestag der Gründung der Nation im Dezember 2021 gerüstet zu sein.

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