Wenn man an ein “Weltklasse-Observatorium” denkt, kommen einem wahrscheinlich Bilder von riesigen Teleskopen auf Berggipfeln oder im Weltall in den Sinn. Doch bei SOFIA (Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie) ist vieles ein wenig anders und erstaunlicher. Dieses einzigartige Projekt, eine gemeinsame Mission des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der US-Raumfahrtbehörde NASA, ermöglicht es Wissenschaftlern, das Universum aus einer Höhe zu beobachten, die über 99 Prozent des störenden Wasserdampfes der Erdatmosphäre liegt. Dabei spielt ein eher ungewöhnlicher Begriff eine entscheidende Rolle für die Funktionsweise: die “Hundeknochen”.
Diese “Hundeknochen” sind keine Spielzeuge für tierische Begleiter, sondern hochpräzise Ingenieurkomponenten, die eine kritische Funktion erfüllen: Sie trennen und schirmen die Kabine des modifizierten Jumbojets (einer Boeing 747SP) von der Cavity ab – dem offenen Bereich, in dem sich die empfindliche Teleskop-Optik befindet. Ohne diese speziellen Dichtungen wäre der Betrieb von SOFIA in den extremen Bedingungen der Stratosphäre undenkbar.
Die Herausforderung: Extreme Bedingungen in der Stratosphäre
Während eines Beobachtungsfluges wird das 2,7 Meter große Teleskop in der Cavity extremen Umweltbedingungen ausgesetzt. In Flughöhen von 12 bis 14 Kilometern herrschen Temperaturen von -25 bis zu -50 °C, begleitet von Windgeschwindigkeiten von bis zu 900 Stundenkilometern. Der Luftdruck fällt auf etwa 15 bis 20 Prozent des normalen Bodendrucks ab. Gleichzeitig befinden sich die Wissenschaftler und die Missionscrew auf der Kabinenseite in einer Umgebung, die den normalen Bedingungen eines Langstreckenfluges entspricht – mit angenehmen Temperaturen und atmosphärischem Druck.
Die Notwendigkeit einer zuverlässigen Trennung dieser beiden Welten ist offensichtlich. Eine “Druckgrenze” oder “Pressure-Boundary” ist unerlässlich, um die niedrigen Temperaturen und Drücke der Cavity von den Normalbedingungen in der Kabine fernzuhalten. Diese Druckgrenze wird flugzeugseitig durch das Druckschott (Bulkhead) gebildet. Auf Teleskopseite verläuft sie durch das Teleskop selbst und besteht, stark vereinfacht ausgedrückt, aus dem “Diaphragm-Seal” und dem “Fail-Safe-Seal” des Teleskops. Die Ingenieure mussten hier Lösungen finden, die unter extremsten Bedingungen standhalten und dabei höchste Sicherheitsstandards erfüllen.
Die Dichtungssysteme: Primär- und Sekundärschutz
Ein Versagen dieser Dichtungen hätte katastrophale Folgen, da es zu einem plötzlichen Druckverlust führen würde. Daher ist Redundanz ein absolutes Muss. Redundanz bedeutet, dass ein zweites, unabhängiges System bereitsteht, um die Funktion des ersten Systems zu übernehmen, sollte dieses ausfallen. Bei SOFIA bildet das “Diaphragm-Seal” die Primärdichtung und das “Fail-Safe-Seal” die redundante Sekundärdichtung.
Beide Dichtungen sind dicht hintereinander im Bereich der Befestigung des Teleskops am Druckschott des Flugzeugs angebracht. Das Diaphragm-Seal ist eine U-förmige Gummikonstruktion, die mit einer Vielzahl von Schrauben sowohl an der “Backstop-Structure” (Flugzeug) als auch an der “Outer Cradle” (Teleskop) befestigt ist. Es sorgt für eine nahezu perfekte Abdichtung und ist die erste Verteidigungslinie gegen die rauen Bedingungen der Stratosphäre.
Dichtungen des SOFIA-Teleskops: Diaphragm-Seal (rot) und Fail-Safe-Seal (schwarz-weiß) als primäre und sekundäre Druckdichtung
Direkt hinter dem Diaphragm-Seal, in einer speziellen Haltestruktur, sitzt das Fail-Safe-Seal. Diese Sekundärdichtung besteht aus vielen einzelnen Segmenten, die der Rundform des Bulkheads folgen. Im Gegensatz zum Diaphragm-Seal schließt das Fail-Safe-Seal nicht ganz hermetisch ab. Seine Hauptaufgabe ist es jedoch, einen plötzlichen, katastrophalen Druckabfall im Falle eines Versagens der Primärdichtung wirksam zu verhindern. Es ist ein entscheidendes Sicherheitsmerkmal, das die Sicherheit der Crew und die Integrität der Missionsausrüstung gewährleistet.
Die Druckgrenze (Pressure-Boundary) von der Cavity-Seite: Fail-Safe-Seal, Flugzeug-Backstop-Structure und Druckschott
Die “Hundeknochen”: Eine umgangssprachliche Benennung
Und was hat dies nun alles mit Hundeknochen zu tun? Die Antwort ist einfacher und charmanter, als man vielleicht vermuten würde. Wenn man sich die einzelnen Segmente des Fail-Safe-Seals auf einer technischen Zeichnung oder im ausgebauten Zustand genauer ansieht, ähneln sie tatsächlich der Form eines Hundeknochens. Aus diesem Grund hat der Konstrukteur dieser speziellen Dichtung die einzelnen Segmente intern und inoffiziell “Hundeknochen” genannt. Ein passenderer, wenn auch informeller, Name für diese wichtigen Bauteile könnte kaum gefunden werden, da er ihre einzigartige Form treffend beschreibt.
Ausgebaute Segmente der Fail-Safe-Dichtung, umgangssprachlich als 'Hundeknochen' bezeichnet
Fazit: Geniale Ingenieurskunst im Dienste der Forschung
Die “Hundeknochen” von SOFIA sind ein perfektes Beispiel dafür, wie geniale Ingenieurskunst selbst in unscheinbaren Details zum Erfolg komplexer wissenschaftlicher Projekte beiträgt. Sie mögen einen skurrilen Namen tragen, doch ihre Funktion ist von größter Bedeutung für die Sicherheit der Mission und die Ermöglichung bahnbrechender Entdeckungen in der Infrarot-Astronomie. Diese kleinen, aber essenziellen Komponenten ermöglichen es Wissenschaftlern weltweit, die Geheimnisse des Universums zu entschlüsseln, indem sie geschützt vor den extremen Bedingungen der Stratosphäre arbeiten können. Es zeigt sich einmal mehr: Im Reich der Forschung ist es oft die Kombination aus visionären Ideen und pragmatischen, innovativen Lösungen, die den Fortschritt vorantreibt. Entdecken Sie die Faszination der deutschen Wissenschaft und Technik, die solche Projekte erst möglich macht.