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Neue Legierungen für die Raumfahrt

Japanische Forscher haben revolutionäre Neuentwicklungen im Bereich der Materialforschung gemacht. Sie kreierten mit Hilfe der Quantenmechanik neue Werkstoffe, welche eines Tages bei Weltraummissionen wertvolle Dienste leisten könnten.

Space Shuttle

Die neuen Legierungen zeichnen sich durch hervorragende Eigenschaften aus: Sie sind extrem leicht, stabil und es ist unkompliziert, sie in Form zu bringen. All dies sind auch Anforderungen, die zum Beispiel an die Bestandteile des Space Shuttle gestellt werden. Das wirklich Neue ist jedoch der Weg, der zu der Entwicklung der Stoffe führte.

Bislang war das "Try-and-Error"-Prinzip das Feder führende Element der Materialforschung. Chemische Elemente wurden kombiniert, und - je nach Testergebnis - verworfen oder nicht. Das japanische Forscherteam um Takashi Saito setzte auf einer neuen Ebene an, in dem schon am Computer der neue Stoff simuliert wurde. Sie zogen hierfür Erkenntnisse der Thermodynamik, Kinetik und der Quantenmechanik heran - Kriterien, mit denen die Atomstruktur der Legierung abgeschätzt werden konnte.

Bislang umfasste die Disziplin der Materialforschung noch das Erstellen von Diagrammen, welche das Zusammenwachsen zweier Stoffe beschrieben. Um wirklich neue Legierungen zu schaffen, bedarf es allerdings unter Umständen vieler tausend Diagramme, wobei jedes einzelne auf komplexen Versuchen basiert.

Saito und sein Team entwickelten mit ihrer Methode einen Verbundstoff auf Titan-Basis, der nach eigenen Angaben "extrem stabil, wunderbar elastisch und enorm reißfest" sei. Interessant für die Raumfahrt ist zudem der große Temperaturbereich, in welchem diese Eigenschaften Gültigkeit besitzen. In diesem Zusammenhang fällt immer wieder das Shuttle-Unglück am 1. Februar ins Auge, welches möglicherweise auf Materialversagen unter extremen Bedingungen zurückzuführen ist.

Auch wenn die japanische Forschergruppe, welche ihre Erkenntnisse im renommierten Wissenschaftblatt "Science" veröffentlichte, eher im Bereich der Grundlagenforschung tätig ist, dürften konkrete Praxisanwendungen bald folgen.