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Große Forschungsverbünde wie das Quantum Valley Lower Saxony (QVLS) oder das Exzellenzcluster QuantumFrontiers bringen viele verschiedene Forschungsbereiche zusammen und ermöglichen einen engen Austausch unterschiedlicher Forschungsdisziplinen. Die folgenden Beispiele demonstrieren den alltäglichen Umgang mit Methoden des maschinellen Lernens (Machine Learning) im Kontext zweier ausgewählter Forschungsbereiche.

Microgravity platforms enable cold atom research beyond experiments in typical laboratories by removing restrictions due to the gravitational acceleration or compensation techniques. While research in space allows for undisturbed experimentation, technological readiness, availability and accessibility present challenges for experimental operation. In this work we focus on the main capabilities and unique features of ground-based microgravity facilities for cold atom research. A selection of current and future scientific opportunities and their high demands on the microgravity environment are presented, and some relevant ground-based facilities are discussed and compared. Specifically, we point out the applicable free fall times, repetition rates, stability and payload capabilities, as well as programmatic and operational aspects of these facilities. These are contrasted with the requirements of various cold atom experiments. Besides being an accelerator for technology development, ground-based microgravity facilities allow fundamental and applied research with the additional benefit of enabling hands-on access to the experiment for modifications and adjustments.

This paper is about the challenges in developing the Laser Metal Deposition process with metal powder for use in microgravity. The modified gravitational conditions are set up for a few seconds using a drop tower, the Einstein-Elevator of the Leibniz University Hannover. In addition to the drop tower, the specially adapted setup of the experiment will be explained. The samples produced in microgravity during this project will demonstrate the influence of gravity on this additive manufacturing process and on the materials used. Thermal analyses using the Ansys software show how the temperature distribution of the manufactured specimens looks over time and what this means for the execution of the experiment.

This paper is about the challenges in developing the Laser Metal Deposition process with metal powder for use in microgravity. The modified gravitational conditions are set up for a few seconds using a drop tower, the Einstein-Elevator of the Leibniz University Hannover. In addition to the drop tower, the specially adapted setup of the experiment will be explained. The samples produced in microgravity during this project will demonstrate the influence of gravity on this additive manufacturing process and on the materials used. Thermal analyses using the Ansys software show how the temperature distribution of the manufactured specimens looks over time and what this means for the execution of the experiment.

Die Forschung an physikalischen Grundlageneffekten in Schwerelosigkeit und die Entwicklung weltraumtauglicher Technik für zukünftige Missionen stößt in bestehenden Einrichtungen hinsichtlich ihrer Wiederholrate, Größe und möglicher Nutzlast an ihre Grenzen. Außerdem lassen sich beispielsweise Mond- oder Marsgravitation nicht oder nur mit hohem Aufwand simulieren. Diese Arbeit ist im Rahmen der Entwicklung einer neuartigen Anlage für die Forschung unter Mikrogravitation und anderen Schwerebedingungen mit hoher Wiederholrate entstanden. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt dabei auf der Beschreibung der Anlage und ihrer Komponenten in Hinblick auf ihren Einfluss auf die Restbeschleunigung im Experiment während der Mikrogravitationsphase. Dazu sind die Einzelkomponenten teils in Prüfstandsuntersuchungen, teils in Simulationen analysiert und die ermittelten Einflüsse in einem Mehrkörpermodell zusammengefasst worden. Eine weitergehende Analyse findet im Rahmen erster Versuchsflüge im Einstein-Elevator statt., Research on basic physical effects in microgravity and the development of space-qualified technology for future missions is reaching its limits in existing facilities in terms of repetition rate, size and possible payload. In addition, Lunar or Martian gravity, for example, cannot be simulated or can only be simulated at great expense. This work has been done in the context of the development of a new facility for research under microgravity and other gravity conditions with high repetition rate. The main focus of this work is the description of the facility and its components with respect to their influence on the residual acceleration in the experiment during the microgravity phase. For this purpose, the individual components have been analyzed partly in test bench investigations and partly in simulations. The influences determined have been summarized in a mechanical simulation model. A more detailed analysis will be carried out during the first test flights in the Einstein-Elevator.

Die Forschung an physikalischen Grundlageneffekten in Schwerelosigkeit und die Entwicklung weltraumtauglicher Technik für zukünftige Missionen stößt in bestehenden Einrichtungen hinsichtlich ihrer Wiederholrate, Größe und möglicher Nutzlast an ihre Grenzen. Außerdem lassen sich beispielsweise Mond- oder Marsgravitation nicht oder nur mit hohem Aufwand simulieren. Diese Arbeit ist im Rahmen der Entwicklung einer neuartigen Anlage für die Forschung unter Mikrogravitation und anderen Schwerebedingungen mit hoher Wiederholrate entstanden. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt dabei auf der Beschreibung der Anlage und ihrer Komponenten in Hinblick auf ihren Einfluss auf die Restbeschleunigung im Experiment während der Mikrogravitationsphase. Dazu sind die Einzelkomponenten teils in Prüfstandsuntersuchungen, teils in Simulationen analysiert und die ermittelten Einflüsse in einem Mehrkörpermodell zusammengefasst worden. Eine weitergehende Analyse findet im Rahmen erster Versuchsflüge im Einstein-Elevator statt., Research on basic physical effects in microgravity and the development of space-qualified technology for future missions is reaching its limits in existing facilities in terms of repetition rate, size and possible payload. In addition, Lunar or Martian gravity, for example, cannot be simulated or can only be simulated at great expense. This work has been done in the context of the development of a new facility for research under microgravity and other gravity conditions with high repetition rate. The main focus of this work is the description of the facility and its components with respect to their influence on the residual acceleration in the experiment during the microgravity phase. For this purpose, the individual components have been analyzed partly in test bench investigations and partly in simulations. The influences determined have been summarized in a mechanical simulation model. A more detailed analysis will be carried out during the first test flights in the Einstein-Elevator.

Material processing and material transport systems on Earth are designed for Earth's gravity and atmosphere. In order to pave the way for the future colonization of space, production technologies and transport systems are an essential factor in reducing costs and logistical efforts, such as in-situ resource utilization (ISRU). Laser-based additive manufacturing methods offer the possibility of a production process independent of environmental conditions and a high degree of adaptability to the objects to be manufactured. These and other processes, e.g. for material handling of powder in microgravity, will be investigated in the Einstein-Elevator in the future. This paper first describes the possibilities for the investigation of large scientific experimental setups under different gravitational conditions. Subsequently, the requirements for the experiments and an exemplary project sequence are described using the example of the MOONRISE project. In addition, first experimental results are presented., Materialverarbeitungs- sowie Materialtransportsysteme auf der Erde sind prozessbedingt auf die Erdgravitation und -atmosphäre ausgelegt. Um den Weg für die zukünftige Kolonisierung des Weltraums zu ebnen, sind Produktionstechnologien sowie Transportsysteme ein essentieller Faktor zur Reduzierung von Kosten und logistischem Aufwand, wie beispielsweise bei der In-situ Resource Utilization (ISRU). Laserbasierte additive Herstellungsverfahren bieten dabei die Möglichkeit eines von Umgebungsbedingungen unabhängigen Verarbeitungsprozesses sowie eine hohe Anpassungsfähigkeit an die herzustellenden Objekte. Diese und weitere Verfahren, z.B. zur Materialhandhabung von Pulver in Schwerelosigkeit, werden im Einstein-Elevator in Zukunft untersucht. In dieser Veröffentlichung werden zunächst die Möglichkeiten für die Untersuchung großer wissenschaftlicher Experimentaufbauten in unterschiedlichen Gravitationsbedingungen beschrieben. Am Beispiel des Projekts MOONRISE werden anschließend die Anforderungen an die Experimente und ein beispielhafter Projektablauf dargestellt. Außerdem werden erste Versuchsergebnisse präsentiert.

Material processing and material transport systems on Earth are designed for Earth's gravity and atmosphere. In order to pave the way for the future colonization of space, production technologies and transport systems are an essential factor in reducing costs and logistical efforts, such as in-situ resource utilization (ISRU). Laser-based additive manufacturing methods offer the possibility of a production process independent of environmental conditions and a high degree of adaptability to the objects to be manufactured. These and other processes, e.g. for material handling of powder in microgravity, will be investigated in the Einstein-Elevator in the future. This paper first describes the possibilities for the investigation of large scientific experimental setups under different gravitational conditions. Subsequently, the requirements for the experiments and an exemplary project sequence are described using the example of the MOONRISE project. In addition, first experimental results are presented., Materialverarbeitungs- sowie Materialtransportsysteme auf der Erde sind prozessbedingt auf die Erdgravitation und -atmosphäre ausgelegt. Um den Weg für die zukünftige Kolonisierung des Weltraums zu ebnen, sind Produktionstechnologien sowie Transportsysteme ein essentieller Faktor zur Reduzierung von Kosten und logistischem Aufwand, wie beispielsweise bei der In-situ Resource Utilization (ISRU). Laserbasierte additive Herstellungsverfahren bieten dabei die Möglichkeit eines von Umgebungsbedingungen unabhängigen Verarbeitungsprozesses sowie eine hohe Anpassungsfähigkeit an die herzustellenden Objekte. Diese und weitere Verfahren, z.B. zur Materialhandhabung von Pulver in Schwerelosigkeit, werden im Einstein-Elevator in Zukunft untersucht. In dieser Veröffentlichung werden zunächst die Möglichkeiten für die Untersuchung großer wissenschaftlicher Experimentaufbauten in unterschiedlichen Gravitationsbedingungen beschrieben. Am Beispiel des Projekts MOONRISE werden anschließend die Anforderungen an die Experimente und ein beispielhafter Projektablauf dargestellt. Außerdem werden erste Versuchsergebnisse präsentiert.

Material processing and material transport systems on Earth are designed for Earth's gravity and atmosphere. In order to pave the way for the future colonization of space, production technologies and transport systems are an essential factor in reducing costs and logistical efforts, such as in-situ resource utilization (ISRU). Laser-based additive manufacturing methods offer the possibility of a production process independent of environmental conditions and a high degree of adaptability to the objects to be manufactured. These and other processes, e.g. for material handling of powder in microgravity, will be investigated in the Einstein-Elevator in the future. This paper first describes the possibilities for the investigation of large scientific experimental setups under different gravitational conditions. Subsequently, the requirements for the experiments and an exemplary project sequence are described using the example of the MOONRISE project. In addition, first experimental results are presented., Materialverarbeitungs- sowie Materialtransportsysteme auf der Erde sind prozessbedingt auf die Erdgravitation und -atmosphäre ausgelegt. Um den Weg für die zukünftige Kolonisierung des Weltraums zu ebnen, sind Produktionstechnologien sowie Transportsysteme ein essentieller Faktor zur Reduzierung von Kosten und logistischem Aufwand, wie beispielsweise bei der In-situ Resource Utilization (ISRU). Laserbasierte additive Herstellungsverfahren bieten dabei die Möglichkeit eines von Umgebungsbedingungen unabhängigen Verarbeitungsprozesses sowie eine hohe Anpassungsfähigkeit an die herzustellenden Objekte. Diese und weitere Verfahren, z.B. zur Materialhandhabung von Pulver in Schwerelosigkeit, werden im Einstein-Elevator in Zukunft untersucht. In dieser Veröffentlichung werden zunächst die Möglichkeiten für die Untersuchung großer wissenschaftlicher Experimentaufbauten in unterschiedlichen Gravitationsbedingungen beschrieben. Am Beispiel des Projekts MOONRISE werden anschließend die Anforderungen an die Experimente und ein beispielhafter Projektablauf dargestellt. Außerdem werden erste Versuchsergebnisse präsentiert.

Material processing and material transport systems on Earth are designed for Earth's gravity and atmosphere. In order to pave the way for the future colonization of space, production technologies and transport systems are an essential factor in reducing costs and logistical efforts, such as in-situ resource utilization (ISRU). Laser-based additive manufacturing methods offer the possibility of a production process independent of environmental conditions and a high degree of adaptability to the objects to be manufactured. These and other processes, e.g. for material handling of powder in microgravity, will be investigated in the Einstein-Elevator in the future. This paper first describes the possibilities for the investigation of large scientific experimental setups under different gravitational conditions. Subsequently, the requirements for the experiments and an exemplary project sequence are described using the example of the MOONRISE project. In addition, first experimental results are presented., Materialverarbeitungs- sowie Materialtransportsysteme auf der Erde sind prozessbedingt auf die Erdgravitation und -atmosphäre ausgelegt. Um den Weg für die zukünftige Kolonisierung des Weltraums zu ebnen, sind Produktionstechnologien sowie Transportsysteme ein essentieller Faktor zur Reduzierung von Kosten und logistischem Aufwand, wie beispielsweise bei der In-situ Resource Utilization (ISRU). Laserbasierte additive Herstellungsverfahren bieten dabei die Möglichkeit eines von Umgebungsbedingungen unabhängigen Verarbeitungsprozesses sowie eine hohe Anpassungsfähigkeit an die herzustellenden Objekte. Diese und weitere Verfahren, z.B. zur Materialhandhabung von Pulver in Schwerelosigkeit, werden im Einstein-Elevator in Zukunft untersucht. In dieser Veröffentlichung werden zunächst die Möglichkeiten für die Untersuchung großer wissenschaftlicher Experimentaufbauten in unterschiedlichen Gravitationsbedingungen beschrieben. Am Beispiel des Projekts MOONRISE werden anschließend die Anforderungen an die Experimente und ein beispielhafter Projektablauf dargestellt. Außerdem werden erste Versuchsergebnisse präsentiert.

Material processing and material transport systems on Earth are designed for Earth's gravity and atmosphere. In order to pave the way for the future colonization of space, production technologies and transport systems are an essential factor in reducing costs and logistical efforts, such as in-situ resource utilization (ISRU). Laser-based additive manufacturing methods offer the possibility of a production process independent of environmental conditions and a high degree of adaptability to the objects to be manufactured. These and other processes, e.g. for material handling of powder in microgravity, will be investigated in the Einstein-Elevator in the future. This paper first describes the possibilities for the investigation of large scientific experimental setups under different gravitational conditions. Subsequently, the requirements for the experiments and an exemplary project sequence are described using the example of the MOONRISE project. In addition, first experimental results are presented., Materialverarbeitungs- sowie Materialtransportsysteme auf der Erde sind prozessbedingt auf die Erdgravitation und -atmosphäre ausgelegt. Um den Weg für die zukünftige Kolonisierung des Weltraums zu ebnen, sind Produktionstechnologien sowie Transportsysteme ein essentieller Faktor zur Reduzierung von Kosten und logistischem Aufwand, wie beispielsweise bei der In-situ Resource Utilization (ISRU). Laserbasierte additive Herstellungsverfahren bieten dabei die Möglichkeit eines von Umgebungsbedingungen unabhängigen Verarbeitungsprozesses sowie eine hohe Anpassungsfähigkeit an die herzustellenden Objekte. Diese und weitere Verfahren, z.B. zur Materialhandhabung von Pulver in Schwerelosigkeit, werden im Einstein-Elevator in Zukunft untersucht. In dieser Veröffentlichung werden zunächst die Möglichkeiten für die Untersuchung großer wissenschaftlicher Experimentaufbauten in unterschiedlichen Gravitationsbedingungen beschrieben. Am Beispiel des Projekts MOONRISE werden anschließend die Anforderungen an die Experimente und ein beispielhafter Projektablauf dargestellt. Außerdem werden erste Versuchsergebnisse präsentiert.

Der Einstein-Elevator ist die weltweit erste Forschungseinrichtung für physikalische und produktionstechnische Experimente bei unterschiedlichen Gravitationsbedingungen von Schwerelosigkeit bis zur fünffachen Erdbeschleunigung mit hoher Wiederholrate. Wissenschaftler vom Institut für Transport- und Automatisierungstechnik stellen die Funktionen und einzigartigen Möglichkeiten der Eigenkonstruktion vor.

Through the striving of humanity into space, new production processes and technologies for the use under microgravity will be essential in the future. Production of objects in space demands for new processes, like additive manufacturing. This paper presents the concept and the realization for a new machine to investigate microgravity production processes on earth. The machine is based on linear long stator drives and a vacuum chamber carrying up to 1000 kg. For the first time high repetition rate and associated low experimental costs can provide basic research. The paper also introduces the substrate-free additive manufacturing as a future research topic and one of our primary application.

Der Einstein-Elevator entspricht einer deutlichen Abwandlung eines klassischen Fallturms. In Falltürmen werden wissenschaftliche Experimente unter Schwerelosigkeit durchgeführt. In großen Vakuumkammern werden dazu die Experimente, ohne das Einleiten externer Kräfte, fallengelassen. Die klassische Fallturmtechnik hat den Nachteil einer geringen Wiederholrate durch einen hohen Zeitaufwand bei der Herstellung des Vakuums. Der Einstein-Elevator schafft durch sein weltweit einzigartiges Führungs- und Antriebskonzept den Zeitaufwand für die Versuchsdurchführung drastisch zu verkürzen und die Qualität der Schwerelosigkeit zu verbessern. Um die benötigte Qualität in der Versuchsumgebung zu erzielen, wurde das Konzept mithilfe einer Mehrkörpersimulation hinsichtlich der im Experiment in der Freifallphase zu erwartenden minimalen Restbeschleunigungen untersucht., The Einstein-Elevator is a customized application of a classical drop-tower. A drop-tower is a structure that reproduces zero-gravity conditions for scientific experiments. These experiments are carried out inside a large vacuum chamber, which is dropped without the application of external forces. The major drawback of the established drop-tower technology is the low number of permissible experiments per day, mainly due to the time-consuming preparation of the vacuum. The Einstein-Elevator drastically decreases the necessary time for an individual experiment and moreover increases the quality of the reproduced zero-gravity conditions, thanks to the worldwide unique drive- and guide-concept. To investigate the achieved quality of the Einstein-Elevator, a mechanical simulation model was developed to study the behavior of the minimal residual acceleration during the free-fall phase.

Der Einstein-Elevator entspricht einer deutlichen Abwandlung eines klassischen Fallturms. In Falltürmen werden wissenschaftliche Experimente unter Schwerelosigkeit durchgeführt. In großen Vakuumkammern werden dazu die Experimente, ohne das Einleiten externer Kräfte, fallengelassen. Die klassische Fallturmtechnik hat den Nachteil einer geringen Wiederholrate durch einen hohen Zeitaufwand bei der Herstellung des Vakuums. Der Einstein-Elevator schafft durch sein weltweit einzigartiges Führungs- und Antriebskonzept den Zeitaufwand für die Versuchsdurchführung drastisch zu verkürzen und die Qualität der Schwerelosigkeit zu verbessern. Um die benötigte Qualität in der Versuchsumgebung zu erzielen, wurde das Konzept mithilfe einer Mehrkörpersimulation hinsichtlich der im Experiment in der Freifallphase zu erwartenden minimalen Restbeschleunigungen untersucht., The Einstein-Elevator is a customized application of a classical drop-tower. A drop-tower is a structure that reproduces zero-gravity conditions for scientific experiments. These experiments are carried out inside a large vacuum chamber, which is dropped without the application of external forces. The major drawback of the established drop-tower technology is the low number of permissible experiments per day, mainly due to the time-consuming preparation of the vacuum. The Einstein-Elevator drastically decreases the necessary time for an individual experiment and moreover increases the quality of the reproduced zero-gravity conditions, thanks to the worldwide unique drive- and guide-concept. To investigate the achieved quality of the Einstein-Elevator, a mechanical simulation model was developed to study the behavior of the minimal residual acceleration during the free-fall phase.

Der Einstein-Elevator entspricht einer deutlichen Abwandlung eines klassischen Fallturms. In Falltürmen werden wissenschaftliche Experimente unter Schwerelosigkeit durchgeführt. In großen Vakuumkammern werden dazu die Experimente, ohne das Einleiten externer Kräfte, fallengelassen. Die klassische Fallturmtechnik hat den Nachteil einer geringen Wiederholrate durch einen hohen Zeitaufwand bei der Herstellung des Vakuums. Der Einstein-Elevator schafft durch sein weltweit einzigartiges Führungs- und Antriebskonzept den Zeitaufwand für die Versuchsdurchführung drastisch zu verkürzen und die Qualität der Schwerelosigkeit zu verbessern. Um die benötigte Qualität in der Versuchsumgebung zu erzielen, wurde das Konzept mithilfe einer Mehrkörpersimulation hinsichtlich der im Experiment in der Freifallphase zu erwartenden minimalen Restbeschleunigungen untersucht., The Einstein-Elevator is a customized application of a classical drop-tower. A drop-tower is a structure that reproduces zero-gravity conditions for scientific experiments. These experiments are carried out inside a large vacuum chamber, which is dropped without the application of external forces. The major drawback of the established drop-tower technology is the low number of permissible experiments per day, mainly due to the time-consuming preparation of the vacuum. The Einstein-Elevator drastically decreases the necessary time for an individual experiment and moreover increases the quality of the reproduced zero-gravity conditions, thanks to the worldwide unique drive- and guide-concept. To investigate the achieved quality of the Einstein-Elevator, a mechanical simulation model was developed to study the behavior of the minimal residual acceleration during the free-fall phase.

Der Einstein-Elevator entspricht einer deutlichen Abwandlung eines klassischen Fallturms. In Falltürmen werden wissenschaftliche Experimente unter Schwerelosigkeit durchgeführt. In großen Vakuumkammern werden dazu die Experimente, ohne das Einleiten externer Kräfte, fallengelassen. Die klassische Fallturmtechnik hat den Nachteil einer geringen Wiederholrate durch einen hohen Zeitaufwand bei der Herstellung des Vakuums. Der Einstein-Elevator schafft durch sein weltweit einzigartiges Führungs- und Antriebskonzept den Zeitaufwand für die Versuchsdurchführung drastisch zu verkürzen und die Qualität der Schwerelosigkeit zu verbessern. Um die benötigte Qualität in der Versuchsumgebung zu erzielen, wurde das Konzept mithilfe einer Mehrkörpersimulation hinsichtlich der im Experiment in der Freifallphase zu erwartenden minimalen Restbeschleunigungen untersucht., The Einstein-Elevator is a customized application of a classical drop-tower. A drop-tower is a structure that reproduces zero-gravity conditions for scientific experiments. These experiments are carried out inside a large vacuum chamber, which is dropped without the application of external forces. The major drawback of the established drop-tower technology is the low number of permissible experiments per day, mainly due to the time-consuming preparation of the vacuum. The Einstein-Elevator drastically decreases the necessary time for an individual experiment and moreover increases the quality of the reproduced zero-gravity conditions, thanks to the worldwide unique drive- and guide-concept. To investigate the achieved quality of the Einstein-Elevator, a mechanical simulation model was developed to study the behavior of the minimal residual acceleration during the free-fall phase.

Der Einstein-Elevator entspricht einer deutlichen Abwandlung eines klassischen Fallturms. In Falltürmen werden wissenschaftliche Experimente unter Schwerelosigkeit durchgeführt. In großen Vakuumkammern werden dazu die Experimente, ohne das Einleiten externer Kräfte, fallengelassen. Die klassische Fallturmtechnik hat den Nachteil einer geringen Wiederholrate durch einen hohen Zeitaufwand bei der Herstellung des Vakuums. Der Einstein-Elevator schafft durch sein weltweit einzigartiges Führungs- und Antriebskonzept den Zeitaufwand für die Versuchsdurchführung drastisch zu verkürzen und die Qualität der Schwerelosigkeit zu verbessern. Um die benötigte Qualität in der Versuchsumgebung zu erzielen, wurde das Konzept mithilfe einer Mehrkörpersimulation hinsichtlich der im Experiment in der Freifallphase zu erwartenden minimalen Restbeschleunigungen untersucht., The Einstein-Elevator is a customized application of a classical drop-tower. A drop-tower is a structure that reproduces zero-gravity conditions for scientific experiments. These experiments are carried out inside a large vacuum chamber, which is dropped without the application of external forces. The major drawback of the established drop-tower technology is the low number of permissible experiments per day, mainly due to the time-consuming preparation of the vacuum. The Einstein-Elevator drastically decreases the necessary time for an individual experiment and moreover increases the quality of the reproduced zero-gravity conditions, thanks to the worldwide unique drive- and guide-concept. To investigate the achieved quality of the Einstein-Elevator, a mechanical simulation model was developed to study the behavior of the minimal residual acceleration during the free-fall phase.