Portugals Stoßwellenröhre knackt Mach 25-Marke
Hyperschalltest mit Mach 25 in Portugal: ESTHER simuliert Eintrittsbedingungen für künftige ESA-Missionen.
Beim Eintritt in eine Planetenatmosphäre entstehen extreme Temperaturen und Plasmen – Bedingungen, die ESTHER nun im Labor nachbilden kann.
Foto: Smarterpix / vampy1
Etwas über eine Minute. So lange würde es dauern, Portugal von Nord nach Süd (rund 560 km) zu durchqueren, wenn man sich mit Mach 25 bewegt. Genau diese Geschwindigkeit haben Forschende nun kontrolliert im Labor erreicht. Am 19. November 2025 erzeugte das Team erstmals einen Hyperschallstrom von rund 8,6 km/s. Der Test markiert einen wichtigen Schritt für die europäische Raumfahrtforschung.
Durchgeführt wurde er in der Anlage ESTHER, der European Shock Tube for High Enthalpy Research. Sie steht auf dem Campus der Técnico Lisboa und wird vom Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear betrieben. Ziel der Infrastruktur ist es, extreme Bedingungen nachzustellen, wie sie beim Eintritt von Raumfahrzeugen in eine Atmosphäre auftreten.
Inhaltsverzeichnis
Was Mach 25 wirklich bedeutet
Hyperschall beginnt oberhalb von Mach 5. Ab dort wird Strömungsphysik ungemütlich. Luft oder andere Gase lassen sich nicht mehr wie gewohnt berechnen. Sie heizen sich stark auf, Moleküle zerfallen, es entstehen elektrisch geladene Teilchen – ein Plasma. Genau das macht den Wiedereintritt von Raumsonden so riskant.
Bei Mach 25 sind diese Effekte besonders ausgeprägt. Die Stoßwelle vor dem Gasstrom ist so energiereich, dass die Temperaturen rechnerisch über denen der Sonnenoberfläche liegen. Im Labor zeigt sich das als kurzer Lichtblitz, vergleichbar mit einer Sternschnuppe. Für die Forschenden zählt jedoch vor allem, was sich messen lässt: Temperaturverteilungen, chemische Reaktionen und die Belastung von Materialien.
Ein Projekt mit langem Atem
„Der Test ist der Höhepunkt einer 15-jährigen Projektentwicklung, die 2010 im Rahmen eines internationalen Konsortiums unter der Leitung des IPFN begonnen wurde“, sagt Luís L. Alves, Leiter der N-PRiME-Gruppe. Den Auftrag dazu erteilte die European Space Agency. Sie wollte eine europäische Infrastruktur, die reale Eintrittsbedingungen am Boden reproduzieren kann.
Für Mário Lino da Silva, Professor und Hauptforscher des Projekts, ist das Ergebnis mehr als ein technischer Erfolg. Er spricht von „einem direkten Beitrag zur technologischen Unabhängigkeit Europas im Bereich der Luft- und Raumfahrt“. Europa kann nun selbst testen, statt auf wenige Anlagen außerhalb des Kontinents angewiesen zu sein.
Warum diese Tests gebraucht werden
Beim Eintritt in eine Planetenatmosphäre entscheidet die Physik in Sekundenbruchteilen. Vor der Raumkapsel bildet sich eine starke Stoßwelle. Das Gas dahinter wird extrem heiß und ionisiert. Dieses Eintrittsplasma überträgt seine Energie durch Strahlung und Konvektion auf den Hitzeschild.
Um solche Prozesse zuverlässig vorherzusagen, müssen Forschende verstehen, wie sich das Plasma verhält – auch fernab eines thermischen Gleichgewichts. Genau hier setzt ESTHER an. Die Anlage erlaubt es, diese Zustände gezielt zu erzeugen und mit optischen Messmethoden zu analysieren.
Hohe Leistung, hohe Sicherheitsanforderungen
Um die nötigen Drücke zu erreichen, zündet ESTHER ein Gemisch aus Wasserstoff, Sauerstoff und Helium. In der Brennkammer herrschen dabei Drücke von bis zu 100 Atmosphären. „Das Hauptrisiko besteht in einer unkontrollierten Explosion in einer 50-Liter-Brennkammer“, erklärt Mário Lino da Silva.
Deshalb ist die Anlage besonders geschützt. Teile liegen unterirdisch, die Struktur ist verstärkt, und der gesamte Betrieb läuft ferngesteuert aus einem separaten Kontrollraum. Explosionsschutztüren und -platten sind fest eingeplant. Sicherheit war von Anfang an ein zentrales Designkriterium.
Schritt für Schritt zum Hyperschall
Bis zum Mach-25-Test vergingen Jahre intensiver Vorbereitung. Seit 2019 prüfte das Team jedes Teilsystem einzeln. Dazu gehörten die Brennkammer, das Laserzündsystem, die Hochvakuumtechnik sowie die Mess- und Datenerfassung. Erst nach dieser Validierung wagten sich die Forschenden an höhere Geschwindigkeiten.
Die Konstruktion von ESTHER ist auf Stoßgeschwindigkeiten von über 10 km/s ausgelegt. Eine zusätzliche Druckstufe zwischen Hoch- und Niederdruckbereich macht das möglich. Gleichzeitig erlaubt das System mehrere Schüsse pro Tag – wichtig für reproduzierbare Experimente.
Europas Rolle in der Planetenforschung
Das IPFN bringt dabei viel Erfahrung mit. Das Labor war an allen bisherigen Planetenmissionen der ESA beteiligt, darunter Cassini-Huygens und ExoMars. Mit ESTHER können nun auch Materialtests durchgeführt werden, die bisher nicht möglich waren.
In den kommenden Jahren wollen die Forschenden den Betriebsbereich der Anlage weiter ausloten. Geplant sind höhere Geschwindigkeiten, neue Diagnoseverfahren und eine engere Einbindung in ESA-Missionsplanungen. Parallel sollen Partnerschaften mit Hochschulen und Unternehmen entstehen, um Hyperschallkompetenz langfristig in Europa aufzubauen.
Bruno Gonçalves, Präsident der Forschungseinheit, erläutert: „Dieser erfolgreiche Test ist eine Quelle großen Stolzes für das IPFN und für Técnico.“
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