Die kommerzielle Luft- und Raumfahrt floriert und wird ein wichtiger Bestandteil der Zukunft der Menschheit werden. Die aktuellen Best Practices für neue Materialien, die in diesem Bereich eingesetzt werden, spiegeln sich in der Internationalen Raumstation (ISS) und Satelliten wider, die die Erde bedienen und sich auf Erkundungsreisen in das Sonnensystem begeben. Einige Materialien eignen sich besser für Vakuumumgebungen als andere.
ALUMINIUM
Die vielleicht nützlichste Eigenschaft von Aluminium ist, dass es sowohl robust als auch sehr leicht ist. Aluminium selbst ist für den Einsatz im Weltraum nicht haltbar genug, aber es ist der am häufigsten verwendete Zusatzstoff bei der Herstellung von Legierungen für den Weltraum. Durch die Zugabe von Aluminium kann das Gewicht des Endprodukts reduziert werden, ohne dass die Festigkeit zu stark beeinträchtigt wird. Astronauten verwenden beispielsweise Aluminiumlamellen auf der Internationalen Raumstation, um die Station vor herumfliegenden Weltraumschrott zu schützen.
Titan und Titanlegierungen
Titan ist ein Leichtmetall, das in Düsenflugzeugen verwendet wird und allein verwendet oder zu Weltraumlegierungsmaterialien verarbeitet werden kann. Titan wird in großem Umfang in der bestehenden Weltrauminfrastruktur auf der Internationalen Raumstation und auf Satelliten eingesetzt. Eine geätzte Platte aus reinem Titan aus dem Rosetta-Projekt ist jetzt außerhalb der Internationalen Raumstation installiert und enthält Aufzeichnungen über die Sprachen der Erde. Titan kann extremen Umgebungen im Weltraum standhalten, einschließlich Temperaturschwankungen, kosmischer und Sonnenstrahlung.
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe
Dieses Material, auch RCC genannt, ist im US-amerikanischen Space-Shuttle-Programm von entscheidender Bedeutung. Es bedeckt einen wichtigen Bereich auf der Oberfläche der Space-Shuttle-Flügel und hält extremer Hitze beim Wiedereintritt in die Atmosphäre stand. Das Funktionsprinzip ähnelt einem komplexen Autokühler, der Wärme abgibt. Es wird überall dort platziert, wo extreme Hitze den Betrieb des Raumfahrzeugs beeinträchtigen und Wärme von empfindlicheren Bereichen des Raumfahrzeugs ableiten kann. RCC ist leicht, aber auch sehr zerbrechlich. Während des Starts der Raumfähre Columbia verursachte ein Stück Isoliermaterial aus Polyurethanschaum, das vom externen Treibstofftank fiel, eine teilweise Beschädigung des Isoliermaterials, was zu einem katastrophalen Ereignis führte, bei dem sieben Besatzungsmitglieder ums Leben kamen. Das militärische Space Shuttle X-37 und Dreamchaser nutzten eine weiterentwickelte Version von RCC namens TUFROC (kurz für Toughened Single Chip Fiber Reinforced Antioxidant Composite).
Kevlar
Kevlar-Fasern sind ein wichtiges Raumfahrtmaterial. Bekanntermaßen wird es zur Gestaltung langlebiger Kleidung verwendet. Das Militär und die Strafverfolgungsbehörden nutzen Kevlar-Faserwesten, um Soldaten und Polizisten vor Schussverletzungen zu schützen. So wie Kevlar-Fasern im Weltraum Kugeln abwehren können, können sie Satelliten, Raumfahrzeuge und die Internationale Raumstation vor schwebenden Trümmern und Weltraumschrott in der Erdumlaufbahn schützen. Kevlar-Fasern sind leicht und langlebig und halten extremer Hitze und Kälte ohne Verformung stand.
Isolierglas
Die Fenster der Internationalen Raumstation, der Raumsonde Dragon und anderer bemannter Raumsonden bestehen aus hitzebeständigem Glas. Gewöhnliches Glas zerbricht in der Weltraumumgebung und kann dem Aufprall beim Start oder beim Durchgang durch die Atmosphäre nicht standhalten. Die Eigenschaften von hitzebeständigem Glas ermöglichen es, dem ständig wechselnden Druck von Raumfahrzeugen, die in den Weltraum ein- und austreten, standzuhalten. Es hält extrem heißen und kalten Temperaturen stand, ohne zu reißen oder zu brechen.
Silica-Tuch und Aerogel
Für Bereiche auf Raumfahrzeugen, die mehr Flexibilität erfordern, wird normalerweise Silikongewebe verwendet. Beispielsweise wird im Bereich um das Fahrwerk des US-amerikanischen Space Shuttles Silikongewebe verwendet. Obwohl es nicht das haltbarste Material ist, übersteht es den harten Test der Raumfahrt, ohne zu brechen. Aerogel wurde im Space Shuttle der Vereinigten Staaten eingesetzt und wird jetzt in den Marssonden der NASA eingesetzt, darunter Curiosity und Perseverance. Die chemische Struktur von Aerogel ähnelt der von Glas. Seine Poren enthalten Gas oder Luft statt Flüssigkeit. Eine einzelne Pore hat weniger als ein Zehntausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares, also nur wenige Nanometer. Aufgrund der nanoporösen Beschaffenheit von Silizium-Aerogel weist das Material die niedrigste Wärmeleitfähigkeit aller bekannten Feststoffe auf.
