In den erdnahen Umlaufbahnen (Low Earth Orbit - LEO) befinden sich ca. 600.000 Weltraumschrott-Teilchen mit einer Größe von über 1 cm, die - bis auf die 13.000 Teile mit einem Durchmesser von über 10 cm - für erdgebundene Radare nicht sichtbar sind. Mit einer Bahngeschwindigkeit von 7-8 km/s im LEO betragen die maximalen Kollisionsgeschwindigkeiten zwischen zwei Objekten bis zu 16 km/s. Um für die Labormodule der Internationalen Raumstation ISS das Risiko eines Aufpralls mit durchschlagender Wirkung zu reduzieren, müssen die Module mit leistungsfähigen Schutzschilden ausgestattet werden.

Im Auftrag der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA wurden gemeinsam mit dem Raumfahrtunternehmen ThalesAlenia Space-Italia am EMI verschiedene Schutzschilde für das COLUMBUS Labormodul und das ISS Versorgungsfahrzeug Automated Transfer Vehicle (ATV) entwickelt.

Die kompakten Mehrlagen-Schutzschilde können kugelförmige Aluminium-Projektile mit einer Größe bis zu 1,5 cm mit 7.000 m/s (25.000 km/h) auf einer Distanz von ca. 13 cm mit einem Flächengewicht von nur 3.3 g/cm2 stoppen. Zum Vergleich: Dieselbe Bewegungsenergie hat in etwa ein VW Golf bei 60 km/h oder ein 0,45 kg schweres Flugabwehrgeschoss(1). Der Schutzschirm für das Europäische Modul ist der leistungsfähigste auf der ISS, mit hervorragenden Schutzeigenschaften in allen Geschwindigkeitsbereichen.

Der Wirkmechanismus des Schutzschildes ist folgendermaßen: Das aufprallende Teilchen durchdringt den ersten, dünnen Metallschirm und zerlegt sich dabei in viele Fragmente, die seitlich auseinander getrieben werden. Die dahinter liegenden Schichten aus hochfesten Keramikgeweben und Kevlar-Verbundwerkstoffen fragmentieren die Teilchenwolke weiter und nehmen einen Teil des Impulses auf. Der verbleibende Wirkung der Wolke wird durch Kraterwirkung und Verformung der Modulwand aufgenommen.

 Mittlerweile werden am EMI neue Konzepte für Schutzschilde im Hypervelocity auf der Basis von offenporigen Aluminium-Schäumen entwickelt, um die Eindringwirkung von Weltraumschrott noch effizienter zu reduzieren. Dabei wird die Eigenschaft dieser Strukturen genutzt, die Fragmente beim Durchgang durch den filigranen Aluminiumschaum mit Mehrfachstößen weiter zu verkleinern, durch die Stoßwirkung aufzuheizen, zu Schmelzen und zu Verdampfen.

 ⁽¹⁾ z.B. 0,45 kg schweres Projektil bei 1000 m/s, vgl. Gepard 1 A2 mit 35 mm Zwillingsgeschütz: m=0,55 kg und v0=1400 m/s; 20 mm FLAK mit m=0,18 kg und v0=1000 m/s )