Quelle: DLR.

19. November 2021 – Einmalige Prüfstände, umfassendes Know-how und jahrzehntelange Erfahrung – der Standort Lampoldshausen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) 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, sogenannte 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 des DLR 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.

Aerospike-Technologie: großes Potenzial, erstmals im Praxis-Test
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 15 Prozent höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu konventionellen Ansätzen. Das bedeutet auch: 15 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 60 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.

Die nächste Triebwerksgenerationen im Blick
„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“, betont Prof. 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.

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• Pangea Aerospace

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Quelle: DLR.

10. September 2021 – „Mit dem Test eines neuen Raumfahrtantriebes im Auftrag des spanischen Start-ups Pangea Aerospace begleitet und unterstützt das DLR mit seinen Kompetenzen am Standort Lampoldshausen die Entwicklung zukünftiger Trägersysteme aus Europa“, erläutert Prof. Karsten Lemmer, Mitglied des DLR-Vorstandes für Innovation, Transfer und wissenschaftliche Infrastrukturen. „Die Kooperation mit Pangea Aerospace ist für uns eine Premiere auf europäischer Ebene, über die ich mich besonders freue.“

Gemeinsames Ziel ist die Erprobung mehrerer Aerospike-Triebwerke. Das ist ein innovatives Triebwerkskonzept, das die Effizienz von Raketenantrieben um 15 Prozent verbessern kann. Dazu sollen ab Oktober 2021 Heißlauftests mit mehreren von Pangea Aerospace entwickelten und auf dem Europäischen Forschungs- und Technologieprüfstand P8 installierten Technologiedemonstratoren erfolgen. Heißlauftests sind umfassende Funktionstests – sie sind ein wichtiger Schritt bei der Vorbereitung auf einen Erstflug. Der Prüfstand P8 zählt zu den Großforschungsanlagen im DLR und ist europaweit einzigartig. Mit dem Prüfstand ist es unter anderem möglich, Entwicklungstests mit kleineren Triebwerken oder Triebwerkskomponenten durchzuführen.

Wegweisend für neue Ansätze im Triebwerksdesign

„Durch die Zusammenarbeit mit Start-ups können wir die nächste Generation von Raketen effizienter und wettbewerbsfähiger gestalten. Besonders interessant ist dabei vor allem das Segment der Mikro-Launcher. Das sind Kleinträger, die Nutzlasten von einigen hundert Kilogramm in eine erdnahe Umlaufbahn bringen. Hierbei kommen häufig innovative Antriebstechnologien zum Einsatz. Diese zu testen, dafür sind wir am DLR in Lampoldshausen optimal aufgestellt“, sagt Prof. Stefan Schlechtriem, Direktor des DLR-Instituts für Raumfahrtantriebe.

Die Raumfahrtindustrie befindet sich im Umbruch. Sie sucht nach neuen Möglichkeiten, um wettbewerbsfähiger zu werden. Der Aerospike-Antrieb gilt seit Jahrzehnten als eine sehr vielversprechende Lösung für den Raketenantrieb. Aber erst heute ist es möglich, diese Technologien zu entwickeln und zu bauen – dank neuer Materialien und dank größerer Freiheiten bei der Konstruktion, die additive Fertigungsprozesse erlauben.

„Es ist großartig, mit dem DLR zusammenzuarbeiten und den weltweit ersten additiv gefertigten Aerospike-Antrieb zünden zu können“, sagt Adrià Argemi, Geschäftsführer von Pangea Aerospace. Die zweistufige „MESO“-Rakete, die bis zu 150 Kilogramm Nutzlast in eine erdnahe Umlaufbahn bringen soll, verfügt über ein solches Aerospike-Triebwerk mit einer Düse in Form eines Stachels. Sie kann sich dadurch wesentlich flexibler an unterschiedliche Flughöhen anpassen. Dieses Triebwerksdesign kann Raumfahrtantriebe dank höherer Effizienz, seiner Wiederverwendbarkeit sowie der sehr kostengünstigen und raschen Fertigung maßgeblich verändern. Dazu setzt das Start-up auf hochmoderne 3-D-Metalldrucktechniken und -materialien. Sie arbeiten mit einem Material namens GRCop42, eine Kupferlegierung in Pulverform, die von der NASA für die additive Fertigung von Brennkammern für Raketentriebwerke optimiert wurde. Als Treibstoff kommen flüssiger Sauerstoff und flüssiges Methan zum Einsatz.

DLR-Kompetenz: Know-how und flexible Testanlagen für wettbewerbsfähige Trägerraketen

Der globale Raumfahrtmarkt ist dynamischer und vielfältiger denn je. Neben der europäischen Trägerrakete Ariane ergänzen vermehrt Mikro-Launcher das Angebot an Startmöglichkeiten für Lasten unterschiedlichen Gewichts. Mikro-Launcher stammen oft von noch jungen Unternehmen und haben eine wesentlich kürzere Entwicklungszeit. Mit umfangreichem Know-how und einer flexiblen Testinfrastruktur steht das DLR bereit, diese Prozesse zu unterstützen. Als europäisches Forschungs- und Testzentrum für Flüssigantriebe verfügt es über ideale Rahmenbedingungen und flexible Anlagen. „Unsere Testanlagen decken bereits heute das gesamte Portfolio für Triebwerktests aller Art und Größe ab. Sie stehen auch kleinen und mittelständischen Unternehmen sowie Start-ups zur Verfügung“, sagt Schlechtriem und ergänzt: „Mit jedem Test an einem unserer Prüfstände gewinnen wir gemeinsam wertvolle neue Erkenntnisse. Diese fließen wiederum in die Entwicklung neuer Triebwerke ein. Damit sind wir ein einmaliger und wertvoller Partner für die institutionelle und private Raumfahrt.“

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