HOUSTON / LONDON (IT BOLTWISE) – NASA treibt im Rahmen eines SBIR-Phase-I-Programms 3D-ergänzte Gewebe- und Flechtstrukturen für den Hard Upper Torso (HUT) von Space-Suits voran. Ziel ist, die typische Schwäche klassischer 2D-Laminate zu entschärfen: Delamination nach Stößen. Labor- und Simulationsdaten deuten darauf hin, dass die 3D-Variante einen größeren Anteil der Aufprallenergie absorbieren kann. Wenn Phase II finanziert wird, könnten zukünftige Missionen zum Mars von weniger verletzungs- und funktionskritischen Materialausfällen profitieren.
Der erste Eindruck im Film Der Marsianer ist brutal einfach: Mark Watney wird mit einer Antenne in den Oberkörper getroffen, und die Geschichte nimmt ihren Lauf. In der Realität ist der Mechanismus nicht die Handlung, sondern die Konsequenz — ein Stoß, der die strukturelle Integrität eines Anzugs destabilisiert, kann später zu Leckagen oder zum Ausfall entscheidender Schutzfunktionen führen. Genau an dieser Stelle setzt ein aktuelles NASA-SBIR-Phase-I-Projekt an: Forschende aus dem Umfeld von Materials Research & Design und Fiber Materials sowie dem Johnson Space Center prüfen 3D-reinforced Stoffstrukturen, die den Hard Upper Torso (HUT) von Space-Suits robuster gegen Einschläge machen sollen.
Technisch betrachtet ist der HUT der tragende „Chassis“-Bereich eines Anzugs. Er verbindet Helm, Arme und sogar das Rucksackmodul und schützt dabei inneres Gewebe — nicht nur vor spektakulären Kollisionen, sondern auch vor den eher alltäglichen Problemen auf fremden Oberflächen, etwa dem Kontakt mit Steinen oder Werkzeugen. In Videos sieht man, wie schwierig es ist, in geringer Schwerkraft zu laufen, ohne zu stolpern; der Schutz muss also auch bei Fehltritten funktionieren. Als Stand der Technik gilt das Composite HUT (CHUT), das typischerweise aus 2D-Laminate-Schichten aufgebaut ist, darunter S-2-Glasfaserlagen, die mit Epoxidharz gebunden werden.
Der Knackpunkt klassischer 2D-Laminate ist weniger die anfängliche Steifigkeit als die Langzeit-Folgelast. Theoretisch tolerieren die eingesetzten Materialien hohe Dehnungen — praktisch aber entsteht durch Stoßbelastungen das Risiko einer Delamination. In einem 2D-Verbund fehlen Fasern, die „durch die Dicke“ der Struktur laufen, wodurch sich Schichten beim Aufprall eher voneinander lösen können. Dieses Ablöseverhalten schwächt die Gesamtstruktur und kann über Zeit zu kritisch werdenden Leckpfaden führen. Fachlich ist das vergleichbar mit dem Unterschied zwischen einer nur flächig geklebten Schicht und einer Struktur, die mechanisch in der Tiefe „verhakelt“ ist.
Für das SBIR-Phase-I-Vorhaben wählen die Forschenden zwei textile Herstellprinzipien, die in anderen Branchen seit Jahren etabliert sind: Weben und Flechten. Der Ansatz lautet, dass die Faserstränge nicht nur übereinander liegen, sondern in einer räumlichen Konfiguration ineinandergreifen. Aus den textilen Preforms wird anschließend über Resin Transfer Molding (RTM) ein Harzverbund gefertigt; dabei wird SC-15-Epoxid in die Vorform eingebracht. Danach folgen ein Set mechanischer Prüfungen — unter anderem zur Steifigkeit, Zugfestigkeit und zu Biegegrenzen. Auffällig ist dabei ein Zielkonflikt: In der Anfangsphase erreichen die 3D-Verbundwerkstoffe nicht ganz die Scherfestigkeit klassischer 2D-Laminate, zeigen aber eine deutlich verbesserte Stoßenergie-Absorption.
Damit bleibt es nicht bei statischen Tests. Die Teams koppeln das Materialverhalten auch an reale Drop-Test-Daten, die in der Literatur verfügbar sind, und bauen darauf eine Simulation auf. In dieser virtuellen Belastung wird das Material einer 280-Joule-Kraft ausgesetzt — aus Sicht der Größenordnung entspricht das etwa dem Herabfallen eines geologischen Werkzeugs aus einer „anständigen“ Höhe oder dem Einschlag in besonders scharfkantige Bereiche. In den Ergebnissen sticht die 3D-gewobene Variante hervor: Sie absorbiert 73% der Aufprallenergie und zeigt dabei eine beschädigte Zone von rund 2,72 Quadrat-Zoll. Das 2D-Laminate kommt auf 67% Energieabsorption bei etwa 3,70 Quadrat-Zoll Schadenfläche, während das geflochtene Material bei 61% landet, aber immerhin im gleichen Rahmen bleibt (etwa 3,52 Quadrat-Zoll).
Wichtig ist die Einordnung: Simulationen sind nützlich, aber sie ersetzen keine Prototypprüfung unter realen Bedingungen. Genau deshalb ist Phase II im SBIR-Programm der logische nächste Schritt — dann sollen physische Prototypen gefertigt und intensiver getestet werden. Das ist auch aus Risiko-Sicht entscheidend, denn Space-Suit-Materialien müssen nicht nur „halten“, sondern wiederholbare Belastungszyklen überstehen, während gleichzeitig Dichtheit, Gewicht und Fertigbarkeit im Blick bleiben. In der Industry ist deshalb der Weg vom Materialcoupon zur integrierten Baugruppe zentral, weil sich Schwachstellen oft erst an Schnittstellen, Kanten und Befestigungspunkten zeigen.
Für den Wettbewerb bedeutet das: Wer Space-Suit-Materialien entwickelt, konkurriert nicht nur um maximale Festigkeit, sondern um Zuverlässigkeit bei Fehlbedienung und unplanbaren Belastungen. Neben NASA-orientierten Zuliefer-Ökosystemen arbeiten in der Branche Unternehmen wie ILC Dover oder spezialisierte Raumfahrtzulieferer an Schutzkonzepten, die Materialeigenschaften, Dichtsysteme und Geometrie zusammenbringen. Aus Markt-Sicht wirkt die Timing-Komponente wie ein Produktivitätshebel: Mars-Missionen zwingen zu standardisierten Workflows in der Materialqualifizierung, und 3D-gewebte oder geflochtene Strukturen könnten die Qualifikationsdatenbank mit robusten Mechanikkennwerten füttern. Branchenexperten gehen zudem davon aus, dass sich solche Ansätze in der Fertigung langfristig leichter skalieren lassen, sobald RTM-Prozesse stabil und reproduzierbar sind.
Der Ausblick hängt jetzt an Phase II und damit an Finanzierung, Prototypbau und Validierung. Falls das Programm weitergeht, könnte die nächste Evolutionsstufe nicht nur bessere Stoßresistenz liefern, sondern auch designseitige Anpassungen erlauben: etwa Optimierung der Faserpfade, feinere Abstimmung des Harzsystems oder die Kombination mit thermischen und strahlenbedingten Alterungsanforderungen. Parallel kommt regulatorisch und sicherheitsseitig mehr als nur „Materialkunde“ ins Spiel: Raumanzüge müssen Zertifizierungs- und Sicherheitsstandards erfüllen, und Beschaffungsketten unterliegen bei Raumfahrtprojekten häufig strengen Anforderungen an Nachverfolgbarkeit sowie an Risikomanagement. Für Hersteller und Entwickler eröffnet das konkrete Chancen: KI-gestützte Prozessüberwachung, digitale Rückverfolgbarkeit der RTM-Chargen und datenbasierte Qualifikationsmodelle könnten dabei helfen, die Qualität schneller zu beweisen als in klassischen Trial-and-Error-Zyklen.
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