Von der Umweltbeobachtung bis hin zur künftigen Mondbasis: Innovative Materialien, Prozesse und Modelle sind unabdingbar für die Raumfahrt. Lorenz Herrmann, Direktionsmitglied der Empa und Leiter des Departements «Moderne Materialien und Oberflächen», erklärt im Interview, wie die Stärken der Empa die Schweizer Raumfahrtindustrie stärken können und warum Zusammenarbeit zentral bleibt.

Herr Herrmann, was hat die Empa als Materialforschungsinstitut im All verloren?

Lorenz Herrmann: Zum einen sind wir bereits seit längerem führend in der Umweltmodellierung und -analytik. Sprich: Wir verknüpfen Beobachtung und Messung von gewissen Gasen aus dem All, etwa Treibhausgase oder Luftschadstoffe, mit hochsensitiver Umweltanalytik und atmosphärischer Modellierung.

Und zum anderen steht die Empa natürlich für neuartige Materialien und innovative Produktionstechnologien – in diesem Zusammenhang eben für das Anwendungsfeld «Space Equipment», etwa Satelliten, Komponenten für Weltraumstationen und Forschungsgeräte für wissenschaftliche Missionen. Und all das muss natürlich über Jahre hinweg unter extremen Bedingungen wartungsfrei funktionieren. Das wäre ohne ein enormes materialwissenschaftliches Knowhow schlicht undenkbar.

Damit verknüpft, aber gewissermassen einen Schritt weiter, ist Materialforschung und -entwicklung in der Schwerelosigkeit, also auf der Internationalen Raumstation ISS oder im Rahmen von Parabelflügen. Das ist sehr grundlagennah, aber natürlich seit je ein Kerngebiet der Empa.

Und zu guter Letzt ein Blick in die Zukunft: das so genannte «in-space manufacturing», also die Idee, Produktionskapazitäten im Weltraum zur Verfügung zu stellen mit der Hoffnung, unter diesen sehr speziellen Bedingungen im All völlig andere Materialien mit ganz bestimmten Strukturen und speziellen Eigenschaften herstellen zu können, etwa für Quantencomputer oder zur Chipherstellung.

Und vielleicht noch einen Schritt weiter: Weltraumagenturen haben wieder verstärkt die Vision, eine Station auf dem Mond zu bauen. Dazu muss man das nehmen, was dort eben verfügbar ist. Und dabei ist natürlich ein extrem zirkulärer Ansatz gefragt – genau ein Forschungsgebiet, das die Empa derzeit etwa in unserem Gebäudelabor NEST vorantreibt. Das wäre dann «Circular Construction» auf einem ganz anderen Niveau.

Man sieht, da gibt es etliche Berührungspunkte …

«Space Technologies» ist ein weites Feld. Wo konkret kann die Empa-Forschung einen Beitrag leisten?

L. Herrmann: Natürlich in erster Linie, wie bereits erwähnt, durch unsere enorme Materialkompetenz, aber auch dadurch, dass wir als Empa Translation sehr gut verstehen, also wie man neuste wissenschaftliche Erkenntnisse in praktische Anwendungen «übersetzen» kann. Nehmen wir zum Beispiel «in-space manufacturing»: Sobald erste Ideen für konkrete Anwendungen vorliegen, könnten wir entsprechende Materialien und Produktionsprozesse entwickeln, die unter diesen ganz speziellen Bedingungen funktionieren.

Die Empa ist seit Juni Mitglied im «Center for Space and Aviation Switzerland and Liechtenstein» (CSA). Was versprechen Sie sich von dieser Partnerschaft?

L. Herrmann: Unser primäres Ziel ist der Zugang zu diesem neuen Markt, den Weltraumtechnologien und -anwendungen. In diesem Bereich werden in Zukunft auch Schweizer Firmen zahlreiche neue Produkte und Anwendungen entwickeln, und da möchten wir als Empa über diese Allianz natürlich mit dabei sein. Und dann natürlich auch eine gewisse Sichtbarkeit gegenüber den «Big Playern» in dem Bereich, der ESA und der NASA. Dafür ist eine gewisse kritische Masse unabdingbar, die wir uns durch diese Partnerschaft erhoffen. Was für uns zudem sehr vorteilhaft ist, ist die räumliche Nähe zum Innovationspark gleich um die Ecke hier in Dübendorf.

Gutes Stichwort: Ende Juli, haben das CSA, «Switzerland Innovation» und «Space Florida» vereinbart, am Innovationspark einen gemeinsamen Hub für Forschung und Innovation im Bereich Raumfahrtechnologie aufzubauen. Da herrscht offenbar derzeit eine Art Goldgräberstimmung, wenn es um den Weltraum geht …

L. Herrmann: Die gibt es durchaus, etwa ganz konkret im Bereich Satelliten-gestützter Kommunikationstechnologien. Dieser Bereich wird künftig global noch wichtiger werden als er es ohnehin schon ist, zumal er auch von geostrategischer Bedeutung ist. Da werden wir in Zukunft ziemlich sicher ein Wachstum und einen entsprechenden Aufschwung sehen. Was sicher auch weitergehen wird – vermutlich im gleichen Rahmen wie bisher –, sind die wissenschaftlichen Weltraummissionen zur Erd- und Weltraumbeobachtung. Denn die sind enorm wichtig, um etwa Klimaphänomene besser zu verstehen. Bei den eher visionären Feldern sind wir derzeit noch auf der Suche nach einer echten «Killer-Anwendung». Wir werden das auf jeden Fall weiter aufmerksam verfolgen.

Wie ist die Zusammenarbeit mit den «Big Players», also etwa mit der ESA?

L. Herrmann: Wir sind über unsere langjährige Partnerschaft mit der Universität Bern in zahlreichen ESA-Projekten involviert, und das läuft auch sehr gut. Seit Mai gibt es eine weitere Verbindung über das neue «European Space Deep-Tech Innovation Centre Switzerland» (ESDI), das von der ESA in Zusammenarbeit mit dem Paul Scherrer Institut (PSI) am Park Innovaare eröffnet wurde und in dessen «Advisory Board» ich bin. Ziel ist es, die Forschungszusammenarbeit mit der ESA zu stärken.

Raumsonden stehen an der Spitze der Ingenieurskunst. Sie müssen leicht und kompakt sein, den Vibrationen beim Raketenstart standhalten, und danach jahrelang ohne jegliche Wartung funktionieren – unter extremen Bedingungen, etwa Vakuum, starke Strahlung und grosse Temperaturschwankungen. Jedes Bauteil der hochkomplexen Sonden hat höchste Anforderungen zu erfüllen.

Empa-Ingenieure aus der Forschungsabteilung Fügetechnologie und Korrosion pflegen seit über 20 Jahren eine Partnerschaft mit der Universität Bern, bei der sie Komponenten für Messinstrumente für Raumsonden unterschiedlicher Raummissionen der Europäischen Weltraumorganisation ESA herstellen. Dabei geht es oft um das hochpräzise Verlöten von Metall und Keramik im Hochvakuum. Eine Mission mit Komponenten aus Dübendorf ist bereits erfolgreich abgeschlossen, drei sind derzeit im All unterwegs und zwei weitere befinden sich in Vorbereitung.

Empa-Komponenten im Weltall: Interaktiver Einblick