Das Praktikumsprogramm stärkt Köpfe und Missionen

May 07, 2024

Von Vince Robbins

Eine biküstennahe, vielschichtige Zusammenarbeit bringt Ph.D. Studentenpraktikanten am JPL erhalten die einmalige Gelegenheit, an modernster Batterietechnologie zu arbeiten.

Die letzten sechs Monate verbrachten die Praktikanten Loleth Robinson und Jonah Wang ihre Tage im Elektrochemielabor des Jet Propulsion Laboratory der NASA, wo sie neuartige Energiespeicherzellen testeten und analysierten, die die Grenzen der Batterietechnologie für Weltraummissionen verschieben.

Es ist die Art von Arbeit, die man mit den Händen erledigen muss: Chemikalien mischen, Zellgehäuse zusammenbauen, an der Verkabelung herumbasteln, Batterien aus- und wieder einschalten.

Das kann man nicht in einem Klassenzimmer lernen. Bei JPL ist das möglich.

Handschuhe ragen aus einem „Handschuhfach“ heraus, in dem Batterieelektrolyte hergestellt werden. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech | + Bild erweitern

Das Labor begrüßt die Besucher mit Händen: Vier armlange, aufgeblasene Gummihandschuhe strecken sich aus, als wollten sie etwas greifen. Diese von innen nach außen gerichteten Handschuhe, die bereit sind, an menschliche Arme angelegt zu werden, sind mit einem „Handschuhfach“ verbunden – einer Glasvitrine, die mit scheinbar pharmazeutischen Flaschen und den metallenen Chemikalienkanistern eines verrückten Cartoon-Wissenschaftlers gefüllt ist.

Es ist alles sehr analog, sogar retro.

Hinter den Handschuhfächern verläuft ein gewundenes Kabelgewirr über die Kante eines Schreibtisches und schlängelt sich zwischen Batteriezellen-Prototypen und einem Potentiostat, einem elektronischen Gerät, das den Strom und die Spannung misst, die durch die Batterien fließen. Während Strom durch dieses Netzwerk aus Hardware fließt, strömen Daten in eine Reihe von Computern und füllen Tabellenkalkulationen, die auf ihre Analyse warten.

Für Robinson und Wang – beide Ph.D. Studenten am City College of New York, die Chemieingenieurwesen mit Schwerpunkt auf der Entwicklung fortschrittlicher Batterietechnologien für den Weltraum studieren – diese Ausrüstung in einem NASA-Labor in die Hände zu bekommen, ist so schön wie nie zuvor.

„Ich glaube nicht, dass ich irgendwo anders eine bessere Chance hätte bekommen können, wenn ich unter brillanten Wissenschaftlern gearbeitet hätte“, sagt Wang.

Wang verbindet Batteriezellen mit einem Potentiastat, um Daten zu sammeln und zu wechseln. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech | + Bild erweitern

Diese Praktikumsmöglichkeit war das Ergebnis einer Zusammenarbeit, die sich über 3.000 Meilen und drei Organisationen erstreckte – JPL, CCNY und das MIRO-Programm der NASA.

Dieses gemeinsame Praktikumsprogramm zwischen JPL, MIRO und dem Center for Advanced Batteries for Space des CCNY, das nun im dritten Jahr stattfindet, zielte von Anfang an darauf ab, hochqualifizierte Doktoranden zu gewinnen. Studenten zum JPL, damit sie sich mit der Lösung von Problemen befassen können, die für tatsächliche JPL-Missionen und -Projekte von Bedeutung sind.

„Ich wollte wirklich sicherstellen, dass die Studenten die Möglichkeit haben, zu etwas Sinnvollem beizutragen“, sagt der JPL-Mentor der Praktikanten, John-Paul Jones, der bei der Entwicklung des JPL-MIRO-CCNY-Praktikumsprogramms mitgewirkt hat. Jones ist Batterietechnologe in der Electrochemical Research, Technology & Engineering Group. Er ist auch der kluge Ingenieur, der die Entwicklung von Batterien für zwei Projekte vorantreibt – einen Lander zur Entnahme von Proben vom Mars und ein System selbstgeführter Roboter namens CADRE. „Deshalb haben wir versucht sicherzustellen, dass ihre Projekte mit etwas übereinstimmen, das mit der Mission zusammenhängt.“

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Robinson und Wang konzentrieren sich auf die Missionskonzepte Europa Lander und Venus Aerobot – Batterien bauen, Tests durchführen, Daten analysieren und sich mit ihren JPL-Kollegen treffen, um ihre Arbeit vorzustellen und zu verteidigen.

„Sie befinden sich mitten in der hochmodernen Batterieforschung“, sagt Will West, der Gruppenleiter der Elektrochemischen Forschung, Technologie und Technik, der die Arbeit der Praktikanten bei Jones betreut. „Sie werden bei diesen Projekten genauso behandelt wie die anderen Teammitglieder. Sie führen Experimente durch, generieren Daten und interpretieren die Daten wie ein Wissenschaftler. Wichtig ist, dass sie ihre Arbeit den JPL-Teammitgliedern präsentieren und verteidigen. Dadurch stärken sie ihre wissenschaftliche Kompetenz und Kommunikationsfähigkeit.“

Während aktuelle Batterietechnologien, hauptsächlich auf Lithiumbasis, in den letzten Jahrzehnten erhebliche Fortschritte bei Effizienz und Leistung gemacht haben, sind sie mit bestimmten Einschränkungen konfrontiert, darunter Ressourcenknappheit, Sicherheitsbedenken und Leistungseinschränkungen. Die Batterien, die Robinson und Wang erforschen und testen, könnten den Weg für verbesserte Energiespeichertechnologien ebnen, die unter extremen weltraumähnlichen Bedingungen robuster und auch hier auf der Erde sicherer und langlebiger sind. Mögliche Anwendungen reichen von Elektrofahrzeugen bis hin zu Elektrofahrzeugen Energiespeicherung im Netzmaßstab.

Und wie sieht eigentlich der Bau und Test von Batterien aus?

Zunächst synthetisieren die Studierenden in der Handschuhbox Chemikalienmischungen, um einen neuartigen Batterieelektrolyten herzustellen. (Ein Elektrolyt ist die Lösung in einer Batterie, die Ionen zwischen dem Plus- und dem Minuspol überträgt.) Anschließend bauen sie die Batteriezelle aus kleinen Metallzellengehäusen auf, die wie die Batterie aussehen, die Sie vielleicht in Ihrer Armbanduhr finden. Dies alles findet im Handschuhfach und in einer Vakuumkammer statt, um zu vermeiden, dass gefährliche Chemikalien der Luft ausgesetzt werden. Sobald das Zellgehäuse fertig ist, kann die Zelle aus dem Handschuhfach entnommen und mit einem Kabelsatz verbunden werden, der in einen Potentiostat eingespeist wird. Dieses Gerät misst die Eigenschaften von Strom und Spannung der Batterie und leitet diese Informationen an einen Computer weiter, wo Robinson und Wang die Daten analysieren können.

„Es ist großartig, die praktische Erfahrung zu machen“, sagt Robinson. „Es ist eine völlig andere Erfahrung als das, was ich in der Branche und natürlich auch bei normalen Schulforschungsprojekten gesehen habe.“

Robinson mischt Chemikalien, um eine Batterieelektrolytformel zum Testen zu erstellen. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech | + Bild erweitern

Über den Bau, das Testen und die Analyse von Batteriezellen hinaus durchsuchen Robinson und Wang auch einschlägige wissenschaftliche Literatur, um vielversprechende Anwendungen für zukünftige Batterietechnologien zu identifizieren.

Für ein Praktikum ist es kein Zuckerschlecken.

„Es ist definitiv eine Menge harte Arbeit“, sagt Wang. „Es gibt eine wirklich steile Lernkurve. Ich habe in sehr kurzer Zeit viel gelernt. Es ist wirklich erstaunlich, von echten Forschern lernen zu können, die auf ihrem Fachgebiet ausgebildet sind.“

Und obwohl von Praktikanten nicht erwartet wird, dass sie über die Tiefe des Wissens und der Erfahrung verfügen, die erfahrene Veteranen haben, wollen Jones und West die Studenten auf ihren Weg in anspruchsvolle Forschungsfelder vorbereiten.

„Natürlich helfen wir ihnen“, sagt Jones. „Aber ich möchte wirklich, dass sie eine Art Eigenverantwortung haben.“

Rob Messinger, der Doktorvater der Praktikanten, ist außerordentlicher Professor für Chemieingenieurwesen am City College of New York und Direktor des Center for Advanced Batteries for Space des CCNY, einem Labor, das sich auf vorgelagerte und neue Batteriechemien konzentriert, die speziell auf den Antrieb von Raumfahrzeugen ausgerichtet sind .

Messinger sagt, die Partnerschaft mit JPL habe den Studenten seines Programms am CCNY eine unschätzbare Erfahrung beschert, die er im Labor oder im Klassenzimmer nicht hätte machen können.

„Es ist schwierig, die Auswirkungen dieses [Praktikumsprogramms] auf CCNY-Studenten überhaupt zu benennen oder zu artikulieren – wissenschaftlich, beruflich und persönlich“, sagt Messinger. „Sie haben die Möglichkeit, in ein NASA-Labor zu gehen und direkt an NASA-relevanten Problemen zu arbeiten. Aber ich denke, vielleicht noch wertvoller für die Studierenden ist die Möglichkeit, von JPL-Wissenschaftlern und -Ingenieuren betreut und geschult zu werden, die über jahrzehntelange Erfahrung verfügen.“

Während das Praktikumsprogramm mittlerweile im dritten Jahr läuft, war es noch vor wenigen Jahren nur eine Idee.

Im Jahr 2019 erhielt Jones aus heiterem Himmel eine E-Mail von Messinger über die Zusammenarbeit an einer wiederaufladbaren Aluminium-Graphit-Batterietechnologie; sein Interesse war geweckt. Als er weiter las, erkannte Jones die Chance, ein einzigartiges Praktikumsprogramm bei JPL zu schaffen, und ergriff die Gelegenheit.

Jones hatte 2013 als Praktikant am JPL angefangen und wechselte schließlich zu einer Postdoc-Stelle am Caltech, bevor er wieder eine Vollzeitstelle am Labor bekam. Dies war seine Chance, es zurückzuzahlen.

Messinger glaubte, dass einige der Forschungsarbeiten, die seine Doktoranden in seinem Labor am CCNY durchgeführt hatten, für das JPL von Interesse sein könnten.

„Auf der Grundlage einiger vorläufiger Daten und früherer Arbeiten hatten wir Grund zu der Annahme, dass diese spezielle Aluminium-Graphit-Technologie hohe Leistung bei niedrigen Temperaturen liefern könnte“, sagt Messinger. „Und das war der erste Auslöser für die Zusammenarbeit mit JPL – denn diese Eigenschaften könnten möglicherweise für den Weltraum nützlich sein.“

Mit Jones und Gruppenleiter Will West an Bord des JPL reichte Messinger einen Vorschlag für die MIRO-Finanzierungsmöglichkeit ein, die vom Office of STEM Engagement der NASA bereitgestellt wurde. MIRO, das für MUREP Institutional Research Opportunity steht, wurde gegründet, um die Forschungskapazitäten und die Infrastruktur von Institutionen, die Minderheiten dienen, in Bereichen zu stärken und zu entwickeln, die direkt mit den NASA-Missionen in Zusammenhang stehen.

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„Ich hatte schon lange die Idee, mit JPL zusammenzuarbeiten“, sagt Messinger. „Und dann war MIRO die perfekte Finanzierungsquelle, um diese einzigartige und strategische Partnerschaft zu ermöglichen.“

Nach einigen Monaten der Planung starteten Messinger und Jones das JPL-CCNY-Praktikumsprogramm, das ursprünglich im Sommer 2020 beginnen sollte. Der Zeitplan wurde jedoch aufgrund der Pandemie verschoben, nachdem sie ihren Ansatz überarbeitet hatten, um die Zusammenarbeit aus der Ferne zu ermöglichen , Jones und Messinger stellen im Sommer 2021 ihren ersten Praktikanten, Brendan Hawkins, ein.

„Es war wirklich eine Herausforderung, jemandem beizubringen, wie man eine Batterie in einem 3.000 Meilen entfernten Labor baut“, sagt Jones.

Glücklicherweise konnte Hawkins später persönlich zum JPL kommen und am Ende des Programms einige Monate lang wertvolle praktische Erfahrungen sammeln. Seitdem läuft das Programm richtig gut und heißt zwei weitere Praktikanten willkommen: Harrison Asare und Brian Chen, bevor Wang und Robinson Anfang 2023 hinzukommen.

West sagt, das Programm sei ein Segen für alle Beteiligten.

„Das MIRO-Programm der NASA finanziert die Doktoranden und sie arbeiten an Projekten, die wir hier am JPL vergeben. Wir sind so beeindruckt von den enormen Beiträgen, die sie zu den Projekten geleistet haben“, sagt West. „Es ist also ein großer Gewinn für JPL und NASA. Und ich würde sagen, dass es auf jeden Fall ein Gewinn für die Doktoranden ist, diese Erfahrung zu machen, und ein Gewinn für CCNY, das diese gut ausgebildeten Doktoranden jetzt zurückbekommt.“

Die JPL-Mitarbeiter sagen ihrerseits, dass sie enorm von den Erfahrungen mit ihren Praktikanten profitiert haben. West sagt, dass die Ideen von Robinson und Wang für sein Labor von unschätzbarem Wert waren.

„Ich war erstaunt, wie schnell sie sich an diese hochintensive Umgebung gewöhnen und fast sofort einen Beitrag leisten“, sagt West. „Sie bringen neue Ideen und neue Perspektiven ein, die zu mehreren Zeitschriftenmanuskripten geführt haben.“

Jones sagt, die Zusammenarbeit mit den Praktikanten habe ihn zu einem besseren Ingenieur gemacht.

„Ich denke, der beste Weg, etwas zu lernen, besteht darin, zu versuchen, es jemand anderem beizubringen“, sagt Jones. „Und ich habe das Gefühl, dass ich dabei sehr viel gelernt habe.“

Zurück in New York bringen die Praktikanten neue Energie und praktische Erfahrung zum Center for Advanced Batteries for Space am CCNY.

„Die Zusammenarbeit mit JPL hat einen Großteil der Forschung und Entwicklung, die wir hier bei CCNY betreiben, in Anspruch genommen, und sie hat ihm Leben eingehaucht, es hat ihm spannende Anwendungen ermöglicht – es bringt Wind unter unsere Fittiche“, sagt Messinger.

Robinson und Wang wissen zwar nicht genau, wohin ihre Karriere sie führen wird, aber beide sind sich sicher, dass diese Erfahrung ihnen Türen geöffnet hat.

„Meine Mentoren haben versucht, mir beizubringen, ein besserer wissenschaftlicher Forscher zu sein und Experimente wirklich zu entwerfen und auch durchzuführen“, sagt Wang. „Das ist etwas, das auf dem Papier vielleicht nicht auftaucht. Zu sagen, dass ich bei der NASA gearbeitet habe, ist großartig, aber ich denke, dass es wirklich wertvoll ist, tatsächlich zu lernen, was man braucht, um gute Experimente durchzuführen.“

Robinson lachte und erinnerte sich an den Moment, als sie sich entschied, dieses Studium fortzusetzen. Sie besuchte Messingers Präsentation über sein Forschungsprogramm und vergaß nie seine Schlussbemerkungen.

„[Messinger] sagte, die beiden coolsten Dinge, an denen man arbeiten könne, seien Dinosaurier oder der Weltraum, und Dinosaurier seien ausgestorben. Also nimm das Zweitbeste.“

Robinson, die in den USA geboren wurde, aber hauptsächlich in Costa Rica aufgewachsen ist, sagt, sie hätte sich nie vorstellen können, wohin diese „zweitbeste Sache“ sie führen könnte – von einem Doktortitel bis hin zu einem Doktortitel. in New York City über die Arbeit an Raumfahrzeugen in Südkalifornien bis hin zu Wer-weiß-was kommt als Nächstes.

„[Jüngeres] Ich hätte nie gedacht, dass ich ein NASA-Praktikum absolvieren und einen Doktortitel machen würde. im Chemieingenieurwesen“, sagt Robinson. „Ich konnte mir nicht einmal vorstellen, dass das möglich ist.“

Die MINT-Praktikums- und Stipendienprogramme des Labors werden vom JPL Education Office verwaltet. JPL Education erweitert die Reichweite des NASA Office of STEM Engagement und möchte die nächste Generation von Wissenschaftlern, Ingenieuren, Technologen und Weltraumforschern hervorbringen, indem es Pädagogen unterstützt und Lernenden jeden Alters die Begeisterung für NASA-Missionen und Wissenschaft vermittelt.

Die MUREP Institutional Research Opportunity (MIRO) wurde gegründet, um die Forschungskapazitäten und die Infrastruktur von Minderheiten dienenden Institutionen in Bereichen von strategischer Bedeutung und Wert für die Mission der NASA und die nationalen Prioritäten zu stärken und weiterzuentwickeln. MIRO arbeitet mit 15 Minderheiten dienenden Institutionen zusammen, um Auszeichnungen zu vergeben, die darauf abzielen, kluge Köpfe im MINT-Bereich zu unterstützen und gleichzeitig die Fähigkeit von Institutionen zu verbessern, NASA-bezogene Forschung und Bildung durchzuführen.

Das Minority University Research and Education Project (MUREP) ist ein größeres Programm, mit dem das NASA Office of STEM Engagement unterrepräsentierte Bevölkerungsgruppen und Minderheiten dienende Institutionen durch eine Vielzahl von Initiativen einbezieht.

Karrieremöglichkeiten im MINT-Bereich und darüber hinaus finden Sie online unter jpl.jobs. Erfahren Sie mehr über Karrieren und das Leben bei JPL auf LinkedIn und indem Sie @nasajplcareers auf Instagram folgen.

TAGS: Hochschule, Universität, Praktika, Möglichkeiten, Studenten, MSP, MIRO, MUREP, CCNY

Vince Robbins, Autor, JPL Interne Kommunikation und Engagement

Vince Robbins ist Autor im Team für interne Kommunikation und Engagement am Jet Propulsion Laboratory der NASA. Er liest gerne Bücher, reist gerne mit leichtem Gepäck und lernt gerne etwas über die Geschichte von LA.

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