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News: Ein schlüpfriges Experiment im Weltall

Ein Experiment zur Mechanik von Böden, das bisher zweimal mit dem Space Shuttle ins Weltall geflogen ist, liefert neue, einmalige Daten über die interne Struktur des Bodens und von Pulvern unter sehr niedrigem Druck, wie er bei Erdbeben und bestimmten Produktionsprozessen vorkommt.
Am 26. Mai 1998 wurden auf dem jährlichen Frühjahrstreffen der American Geophysical Union in Boston die vorläufigen Ergebnisse aus dem Mechanics of Granular Materials-Experiment (MGM) präsentiert.

Unter niedrigem Druck – auch niedriger, effektiver Streß genannt – können sich pulvrige Materialien verhalten, als ob sie flüssig wären. Dies geschieht zum Beispiel während eines Erdbebens, wenn eine Schockwelle kurzfristig einen Effekt auslöst, der als Bodenverflüssigung bezeichnet wird. So sanken während des Erdbebens vom 17. Oktober 1989 in San Francisco viele Häuser halb durch ihr erstes Stockwerk.

Das Verständnis des Phänomens ist für eine Reihe von Anwendungen wichtig, die von der Pulververarbeitung (wie die Herstellung von Pharmazeutika und Kosmetika) über die Kontrolle der Erosion bis zur Entwicklung von Fahrzeugen für den Einsatz im Gelände – einschließlich Erkundungsmissionen auf anderen Planeten – reichen.

Allerdings kann der niedrige Druck, der für diese Studien gebraucht wird, nicht auf der Erde erzielt werden. Die Körner fallen zu schnell zusammen, als daß eine effektive Messung möglich wäre. Die Lösung war, die Experimente im Weltraum durchzuführen, wo ein Versuch eine Stunde oder länger durchgeführt werden konnte, während die Säule aus Spezialsand, der als Standard im Tiefbau eingesetzt wird, langsam zusammengedrückt und dabei der Druck gemessen wurde.

Insgesamt neun MGM-Proben wurden in zwei Shuttle-Missionen geflogen, STS-79 im September 1996 und STS-89 im Januar 1998. Bei STS-79 wurden drei dichte Sandproben bei verschiedenen Drücken verarbeitet, bei STS-89 sechs losere Proben. Nach jedem Flug wurde der Sand durch Imprägnieren mit Epoxidharz für die Computertomographie fixiert. Diese Bilder zeigen ungewöhnliche Dichtemuster, die von Sandkörnern gebildet wurden, die sich während der Experimente verschoben haben.

"Die Daten zeigen sehr hohe Reibungswinkel im Bereich von 58 bis 78 Grad", sagte Dr. Nicholas Costes, Projektwissenschaftler beim Marshall Space Flight Center. "Diese sind viel höher als das, was wir unter den besten Bedingungen auf der Erde erzielen könnten." Die Daten zeigten auch Dehnungswinkel, die größer waren als das, was auf der Erde erreichbar war.

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