Technologie

Neues Raketentriebwerk auf dem Prüfstand

25.11.2021 - Aerospike-Technologie für höhere Wirkungsgrade gegenüber konventionellen Antrieben.

Der Standort Lampolds­hausen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt ist spezialisiert auf das Entwickeln und Testen von Antrieben für die Raumfahrt. Ob für die großen Träger­raketen der Ariane-Familie oder den wachsenden Markt an Start-ups für kleinere Raketen, die Micro-Launcher: Das DLR-Institut für Raumfahrt­antriebe testet und qualifiziert Technologie-Demonstra­toren ebenso wie ganze Triebwerks­stufen für den Start ins All. Im November 2021 hat ein Team im Auftrag des spanischen Start-ups Pangea Aerospace ein ganz besonderes Triebwerk untersucht: Am Europäischen Forschungs- und Technologie­prüfstand P8 führten sie erfolgreich Heißlauf­tests des weltweit ersten additiv gefertigten MethaLox-Aero­spike-Antriebs durch. Heißlauftests sind umfassende Funktions­tests – sie sind ein wichtiger Schritt bei der Vorbereitung auf einen Erstflug.

Die Aerospike-Techno­logie ermöglicht ein zukunfts­weisendes Design von Triebwerken. Die Düse hat die Form eines Stachels – Englisch „spike“. Sie kann sich dadurch wesentlich flexibler an unter­schiedliche Flughöhen anpassen. Die Technologie verspricht einen um fünfzehn Prozent höheren Wirkungs­grad im Vergleich zu konven­tionellen Ansätzen. Das bedeutet auch: fünfzehn Prozent weniger Treibstoff ist notwendig, um die gleiche Masse in die Umlaufbahn zu befördern. Seit Jahrzehnten gilt die Aerospike-Techno­logie als sehr vielver­sprechende Lösung. Allerdings ist es erst heute möglich, sie umzusetzen – dank neuer Materialien, die höhere Temperaturen aushalten, und größerer Freiheiten bei der Konstruktion durch additive Fertigungs­verfahren. So konnte Pangea Aerospace beispiels­weise ein neues rege­neratives Kühlsystem entwickeln, das flüssigen Sauerstoff und flüssiges Methan verwendet. Beide Gase liegen kryogen, das heißt in tiefkaltem Zustand, vor. Sie durchlaufen die Kühlkanäle, bevor sie in der Brenn­kammer des Triebwerks gezündet werden. So kühlt das Triebwerk ab und schmilzt nicht.

Die insgesamt vier Testläufe gaben einen ersten Einblick, wie die Aerospike-Techno­logie in der Praxis funktioniert. Dabei brannte das Triebwerk jeweils für rund sechzig Sekunden. Mit seinen europaweit einmaligen Testmöglichkeiten unterstützt das DLR maßgeblich die erfolgreiche Entwicklung zukunfts­fähiger und effizienter Raumfahrt­antriebe. Ziel ist es, einen möglichst wettbewerbs­fähigen Raum­transport zu gewährleisten und so weiterhin den Zugang ins All für europäische Unternehmen und Forschungs­einrichtungen sicherzustellen.

„Der Prüfstand P8 ist eine in Europa einmalige Infrastruktur, um solche Technologien für wettbewerbs­fähige Träger­raketen vorzubereiten. Mit ihm leistet das DLR einen signifikanten Beitrag, um innovative Triebwerks­konzepte in Europa zu entwickeln“, sagt Stefan Schlechtriem, Direktor des DLR-Instituts für Raumfahrt­antriebe. Bei Tests am Prüfstand P8 können Daten von mehr als 200 Parametern erfasst werden. Alle im realen Einsatz denkbaren Betriebs­zustände und Fluglasten lassen sich unter nahezu realis­tischen Bedingungen nachstellen.

DLR / JOL

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