Jülicher Mini-Rheometer testet Flüssigkeiten im Weltall

1. Oktober 2026

Wie fließen Flüssigkeiten, wenn die Schwerkraft kaum noch eine Rolle spielt? Mit der MAPHEUS-Forschungsrakete des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) geht das Jülicher Mini-Rheometer MiR von Kiruna aus auf die Reise.

Das etwa fünf Zentimeter große Gerät misst das Fließverhalten und benötigt nur einen Tropfen Probe. Während rund sechs Minuten Mikrogravitation soll es erstmals seine Funktion im All zeigen. Entwickelt wurde MiR gemeinsam von mehreren Jülicher Instituten. Pavlik Lettinga und Simon Gottschalk vom Institut für Biologische Informationsprozesse und Knut Dahlhoff vom Peter Grünberg Institut erklären, welche wissenschaftlichen Möglichkeiten das Gerät eröffnet und was es für den Raketenflug leisten muss.

Das Mini-Rheometer MiR ist nur fünf Zentimeter groß und kann einen einzelnen Tropfen Probenflüssigkeit vermessen

Was misst MiR?

Pavlik Lettinga: Ein Rheometer misst das Fließverhalten einer Flüssigkeit: Wie stark widersetzt sich die Probe einer Drehbewegung, und wie verändert die Bewegung sie? MiR braucht dafür nur einen Tropfen, anders als gängige Rheometer. Es lässt sich auf einem Mikroskop betreiben. So können wir zugleich winzige Teilchen in der Flüssigkeit beobachten, die deren Fließverhalten beeinflussen.

Warum ist Mikrogravitation wissenschaftlich interessant?

Pavlik Lettinga: In manchen Flüssigkeiten, etwa Blut, können sich Teilchen am Boden absetzen. Diese Sedimentation erschwert die Messung des Fließverhaltens. Unter Mikrogravitation erwarten wir, dass die Teilchen gleichmäßig verteilt bleiben. Dann könnten wir ein ganz anderes Verhalten messen als auf der Erde.

Was war beim Bau die größte Herausforderung?

Knut Dahlhoff: Je kleiner das Gerät, desto höher die Anforderungen an die Präzision der Bauteile und des Messsystems. Wir nutzen dafür die SLE-Technologie, das sogenannte selektive laserinduzierte Ätzen. Ein Laser schreibt mikrometergenau Muster in Quarzglas. So entstehen winzige, präzise Bauteile.

Wie haben die Jülicher Institute zusammengearbeitet?

Simon Gottschalk: Am Anfang stand die Frage aus dem Institut für Biologische Informationsprozesse, IBI-4, ob ein solches Mini-Rheometer möglich ist. Dazu kam das Ingenieurswissen des Institute of Technology and Engineering, ITE. Aus der Entwicklung entstand meine Doktorarbeit.

Knut Dahlhoff: MiR verbindet Mechanik, Elektronik und Software. Ein solches Gerät schnell zu entwickeln, gelang vor allem durch die Expertise und vorhandene Technologien des ITE. Das Institut brachte bereits miniaturisierte und für Raumfahrtanwendungen ausgelegte Elektronikbaugruppen sowie die zugehörige Software- und Systemkompetenz ein. Darüber hinaus steuerte es elektromechanische Komponenten bei und unterstützte maßgeblich die Integration des Gesamtsystems. Die IBI-Werkstatt fertigte kurzfristig wichtige mechanische Komponenten mit einem sehr präzisen 3-D-Drucker.

Wie wurde aus dem Laborgerät ein Experiment für die Rakete?

Knut Dahlhoff: Durch gute Zusammenarbeit. Mit den Ingenieuren des ITE bekamen wir den Prototyp innerhalb von sechs Monaten tauglich für den Raketenflug. Für Start und Landung müssen wir zum Beispiel empfindliche Teile fixieren. Dafür nutzen wir einen Servomotor aus einem Modellflugzeug. Auch die Elektronik wurde neu entwickelt. Besonders knifflig war die Druckluftversorgung für die reibungsarmen Luftlager des Messantriebs. Im All übernimmt eine Pumpe aus einem Blutdruckmessgerät die Versorgung.

Pavlik Lettinga: Wir haben Entwicklungsschritte kurzfristig umgesetzt, vor allem mit 3-D-gedruckten Teilen. Außerdem haben wir eine Kamera sowie Druck- und Temperatursensoren integriert.

Wann ist der erste Flugtest erfolgreich?

Das MiR-Team des Forschungszentrums Jülich in Kiruna, Schweden

Pavlik Lettinga: Zunächst müssen wir sehen, ob sich das Rheometer richtig dreht. Für genaue Messungen gibt es noch viele Herausforderungen.

Knut Dahlhoff: Wir wollen eine definierte Probe messen, vermutlich Glycerin. Wenn bei sinkender Temperatur die Viskosität, also die Zähflüssigkeit, wie erwartet steigt, wäre das ein Hinweis, dass Rheologie im All möglich ist. Zunächst geht es aber darum, ob die Komponenten funktionieren und die Belastungen von Start und Landung überstehen.

Welche Perspektiven eröffnet MiR?

Pavlik Lettinga: Mich interessiert besonders, wie sich biologische Systeme ohne Schwerkraft entwickeln und verfestigen. Dabei ist die Kombination von Rheologie und Mikroskopie wesentlich. Der wissenschaftliche Austausch vor Ort zeigt, dass diese Kombination im Weltall durchaus möglich ist.

Knut Dahlhoff: Ein einziger Tropfen Probe eröffnet neue Möglichkeiten für wissenschaftliche Messungen. Für einen möglichen Satelliteneinsatz müssten wir einen automatischen Probenaustausch entwickeln. Der könnte später auch in Fabriken nützlich sein.