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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Erstellt von Tobias Willerding. Quelle: Französische Pressemeldungen

Als Antwort auf die Konkurrenz durch SpaceX entwickelt Airbus D&S derzeit die Ariane 6 im Auftrag der ESA. Provokativ könnte man die Ariane 6 als Ariane 5 mit vier statt zwei Feststoffbooster beschreiben. Ansonsten ähnelt sie äußerlich der nicht realisierten Ariane 5 ME, allerdings soll sie deutlich günstiger sein. Inzwischen hat man auch horizontale Integration als „revolutionäre“ Technik entdeckt, etwas was Russland schon seit den 1950ern macht und SpaceX ebenfalls nutzt. Auch die erste große Flüssigkeitsrakete der Welt, das Aggregat 4 – von den Nationalsozialisten als „Vergeltungswaffe 2“ bezeichnet – wurde horizontal zusammengebaut. Aber in Europa kann die horizontale Integration der Ariane 6 wegen der schweren Feststoffbooster dann doch nur zur Hälfte implementiert werden, die finale Integration auf der Startrampe erfolgt weiter vertikal.

Doch nun Anfang Juni eine echte Revolution: Nach langem Ignorieren des Themas, startet Europa unter Führung von CNES jetzt zwei neue Projekte zum Thema Wiederverwendbarkeit!

Prometheus
Einmal ein günstiges Flüssigtriebwerk mit dem Namen Prometheus, das mit Methan und Sauerstoff arbeiten soll. 3D-Druck soll die Kosten von aktuell 10 Millionen Euro (Vulcain 2) auf 1 Million Euro (Prometheus) senken. Laut CNES könnten 5-7 dieser Triebwerke einmal eine Ariane 7 antreiben. Das Triebwerk soll 2020 auf dem Prüfstand sein, die Kosten belaufen sich auf 125 Millionen Euro.

Callisto
Außerdem eine Rakete, die vertikal starten und landen kann – ähnlich dem Grasshopper von SpaceX. Dieses Projekt heißt Callisto, es soll zusammen mit Japan durchgeführt werden. Callisto hat eine Größe von ca. 10 Metern und soll laut einem Bild in einem CNES-Magazin von drei Triebwerken angetrieben werden. Dieses Projekt kostet Europa 100 Millionen Euro.

Als Antwort auf die Konkurrenz durch SpaceX entwickelt Airbus D&S derzeit die Ariane 6 im Auftrag der ESA. Provokativ könnte man die Ariane 6 als Ariane 5 mit vier statt zwei Feststoffbooster beschreiben. Ansonsten ähnelt sie äußerlich der nicht realisierten Ariane 5 ME, allerdings soll sie deutlich günstiger sein. Inzwischen hat man auch horizontale Integration als „revolutionäre“ Technik entdeckt, etwas was Russland schon seit den 1950ern macht und SpaceX ebenfalls nutzt. Auch die erste große Flüssigkeitsrakete der Welt, das Aggregat 4 – von den Nationalsozialisten als „Vergeltungswaffe 2“ bezeichnet – wurde horizontal zusammengebaut. Aber in Europa kann die horizontale Integration der Ariane 6 wegen der schweren Feststoffbooster dann doch nur zur Hälfte implementiert werden, die finale Integration auf der Startrampe erfolgt weiter vertikal.

Doch nun Anfang Juni eine echte Revolution: Nach langem Ignorieren des Themas, startet Europa unter Führung von CNES jetzt zwei neue Projekte zum Thema Wiederverwendbarkeit!

Prometheus
Einmal ein günstiges Flüssigtriebwerk mit dem Namen Prometheus, das mit Methan und Sauerstoff arbeiten soll. 3D-Druck soll die Kosten von aktuell 10 Millionen Euro (Vulcain 2) auf 1 Million Euro (Prometheus) senken. Laut CNES könnten 5-7 dieser Triebwerke einmal eine Ariane 7 antreiben. Das Triebwerk soll 2020 auf dem Prüfstand sein, die Kosten belaufen sich auf 125 Millionen Euro.

Callisto
Außerdem eine Rakete, die vertikal starten und landen kann – ähnlich dem Grasshopper von SpaceX. Dieses Projekt heißt Callisto, es soll zusammen mit Japan durchgeführt werden. Callisto hat eine Größe von ca. 10 Metern und soll laut einem Bild in einem CNES-Magazin von drei Triebwerken angetrieben werden. Dieses Projekt kostet Europa 100 Millionen Euro.

Das Jahr 2012
Das Schicksalsjahr ist dann das Jahr 2012. SpaceX erreicht mit Dragon die Raumstation und CNES Chef Le Gall muss zugeben, dass SpaceX ein Erfolg ist. Offenbar erkennt CNES in der Falcon 9 eine auf kosten optimierte Wegwerfrakete – die Wiederverwendbarkeitspläne der Falcon 9 nimmt man nicht ernst. Die Antwort aus Europa kann dann nur eine kostenoptimierte Wegwerfrakete sein. Bei der Ministerratskonferenz Ende 2012 schließlich wird die inzwischen aus der Versenkung geholte Ariane 5 ECB, die jetzt Ariane 5 ME heißt, und ebenfalls gleichzeitig die Entwicklung der Ariane 6 beschlossen.

Dieses Ariane 6-Design besteht wie die europäische Vega fast komplett aus Feststoffmotoren, nur die Oberstufe ist weiter eine Flüssigstufe mit dem auch für die Ariane 5 ME geplanten Vinci-Triebwerk. Deutschland wehrt sich gegen die Ariane 6 und befürwortet die Ariane 5 ME. Gleichzeitig stellt sich dann jedoch heraus, dass die Wiederverwendbarkeitspläne von SpaceX nicht nur Powerpoint sind, der Grasshopper macht zwei Testflüge im Jahre 2012. Der Grasshopper ist eine Erststufe der Falcon 9 mit Landegestell, die vertikal mit einem Triebwerk starten und landen kann.

Halten wir also fest: im Jahre 2012 schwenkt SpaceX endgültig auf den Kurs der Wiederverwendbarkeit, während CNES das ignoriert und die optimierte Wegwerfrakete Ariane 6 als Lösung verkauft. CNES nimmt damit einen großen Know-How-Verlust bei Flüssigtriebwerken in Kauf, auch die Entwicklung von Wiederverwendbarkeit wäre defakto für eine lange Zeit aufgegeben. Die Enwicklungen von SpaceX und CNES/ESA gehen also in fundamental gegensätzliche Richtungen!

Im Jahe 2013 führt SpaceX das Falcon 9 Upgrade F9v1.1 ein. Es kommt heraus, dass bereits diese Version der Falcon 9 mit Wiederverwendbarkeit im Konzept entworfen ist. Es kommt zu ersten Landetests im Wasser, später in 2014 auch auf der Seeplattform. CNES jedoch ignoriert das weiterhin, viel überraschter ist man, dass im Dezember 2013 der erste GTO-Start der Falcon 9 mit SES-8 so reibungslos klappt.

Vor der Ministerratskonferenz 2014 schließlich kommt es zu einem Kompromiss zwischen Deutschland und Frankreich, auch Airbus erkennt den Handlungsbedarf. Das Ariane 6-Design wird geändert und ist der Ariane 5 ME jetzt schon deutlich ähnlicher und so wie am Anfang dieses Artikels beschrieben. Von Wiederverwendbarkeit kann allerdings auch weiter keine Rede sein.

Im Jahre 2015 macht SpaceX weitere Landeversuche, die Falcon 9 hat einen Fehlstart. Im Dezember gibt die Falcon 9 ein spektakuläres Comeback. Neben der Einführung eines weiteren Falcon 9-Upgrades klappt auch die Landung der ersten Stufe der Falcon 9 an Land zum ersten Mal.

Im Jahre 2016 klappt die Landung bei bisher fünf Flügen dreimal. Vier geborgene Stufen sammeln sich im Hangar 39A. Laut Elon Musk soll im September oder Oktober eine geborgene Stufe zum ersten Mal ein zweites Mal fliegen. Inzwischen hat man auch bei CNES einen Handlungsbedarf identifiziert. Zwei Projekte sollen dafür sorgen, dass Europa nicht den Anschluss verliert: Prometheus und Callisto.

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• Prometheus + Callisto = Ariane 7?

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: Sun Herald, seatlepi.

Dabei handelt es sich um den Teststand E2 des John C. Stennis Space Center, der für kleine bis mittlere Triebwerke ausgelegt ist. Hier kann man einzelne Komponenten testen, für das gesamte Triebwerk benötigt man allerdings einen größeren Teststand. Die Modifikationen betreffen unter anderem die Installation einer Treibstoffzuführung für Methan und eines Hochdrucksystems. Als Testbeginn wird Anfang nächsten Jahres angestrebt. Der US-Staat Mississippi unterstützt den Umbau mit 500.000 US-Dollar, die NASA gibt weitere 600.000 Dollar dazu.

Offenbar handelt es sich bei dem zu testenden Triebwerk um ein „Raptor“ genanntes Methantriebwerk für die in Entwicklung befindliche Schwerlastrakete MCT. Methan bietet im Vergleich zu Kerosin einen etwas höheren spezifischen Impuls. Angegeben wurde des Weiteren, dass der Schub eines einzelnen Raptor-Triebwerkes nur wenig unter 3.000 kN liegen soll. Damit ist es etwa viermal stärker als das bisher stärkste SpaceX-Triebwerk, welches einen Vakuumschub von etwa 690 kN erbringt.

Seit 2002 wurden bei SpaceX mehrere Triebwerke unter der Bezeichnung Merlin für ihre Falcon-Raketen entwickelt. Dabei hat die US-Firma relativ oft Pläne umgeworfen, schnelle Fortschritte gemacht und auch so manchen Rückschlag einstecken müssen. Mit der aktuellen Version Merlin 1D hat man nun offenbar einen Stand erreicht, der auch kommerzielle Erfolge real erscheinen lässt. Die Falcon 9 v1.1 ist mit 9 Triebwerken dieses Typs in der Startstufe ausgestattet und verfügt über ein weiteres, für den Einsatz im Vakuum modifiziertes Triebwerk in der zweiten Stufe. Damit will man eine Nutzlast von etwa 16 Tonnen in erdnahe Umlaufbahnen erreichen.

Drei Erststufen im Parallelbetrieb sollen zudem eine deutliche Steigerung der Nutzlast bei einer Falcon Heavy genannten Rakete erlauben. Zudem möchte man die Erststufe(n) wiederverwendbar auslegen und auf einem Landeplatz nahe der Startrampe mittels Triebwerkseinsatz auf Beinen niedergehen lassen. Von vorn herein ist alles auf eine rasche Startvorbereitung und -durchführung ausgelegt. Technische Probleme haben aber einen regelmäßigen Einsatz der Rakete bisher behindert.

MCT steht laut SpaceX-Triebwerksentwickler Tom Mueller für Mars Colonial Transporter und klingt gegenwärtig noch weit in die Zukunft gerichtet. Die geplante Schwerlastrakete soll eine Nutzlastkapazität besitzen, die über der der legendären Saturn 5 liegt.

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• Raptor-Triebwerk
• SpaceX MCT
• Thema SpaceX ab 23.10.2013

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: Roskosmos, Chrunitschew, Energija, Skolkowo, Energomasch, Raumcon.

Das Konzept der Angara geht auf die 1980er Jahre zurück. Damals war das Ziel die Entwicklung eines modularen Trägers, der mit bewährten Treibstoffkomponenten wie RP1 (Kerosin mit Beimischungen) und flüssigem Sauerstoff eine Vielzahl von möglichen Nutzlasten auf beliebige Bahnen bringen kann. Damit soll vor allem die Proton abgelöst werden, die auch heute noch sehr giftige Treibstoffe einsetzt.

Triebwerke und Raketen, die heute geplant werden, setzen auf andere Treibstoffe oder sogar Antriebskonzepte, Effektivität steht im Mittelpunkt und Wiederverwendbarkeit wird ins Auge gefasst. Vor allem dadurch verspricht man sich bedeutende Kostensenkungen, die der Raumfahrt eine breitere Basis verschaffen könnten.

Viele Projekte der letzten Jahrzehnte aber wurden durch den politischen und gesellschaftlichen Umbruch in den 1990ern behindert oder gestoppt. In deren Folge litt die russische Raumfahrt lange Zeit unter Geldmangel, der auch heute noch seine Auswirkungen hat. Da man die bemannte Raumfahrt am Laufen halten wollte, mussten andere Bereiche vernachlässigt werden. Somit zogen sich Neuentwicklungen in die Länge, die Ausbildung wurde vernachlässigt, so dass nun Nachwuchs fehlt, wertvolle Techniker wurden schlecht bezahlt und wanderten teilweise ins Ausland ab. Selbstherrliche oder inkompetente Entscheidungsträger und frühkapitalistische Gier sorgten für weitere Stolpersteine, auch in jüngster Vergangenheit.

Langsam aber treten neue Projekte ans Licht der internationalen Öffentlichkeit und erfahren zudem eine zunehmende finanzielle Unterstützung, mittelfristiges Forschen und langfristiges Planen sind wieder möglich. Zu den herausragenden Zukunftsprojekten zählen verschiedene Entwicklungsreihen neuer Triebwerks- und Raketentechnik, die teilweise 30 Jahre in die Zukunft reichen. Vier davon sollen hier vorgestellt werden.

Bereits seit Jahrzehnten entwickeln russische Techniker an Triebwerken, die Methan verbrennen. Langsam trägt die Arbeit Früchte. Im Jahre 2010 wurde ein Triebwerk getestet, welches einen spezifischen Impuls von 3.630 m/s (370 s) realisierte und fast 20 Minuten lang lief. Auf dem Rücken dieses Erfolges modifiziert man nun ein bestehendes Oberstufentriebwerk mit 75 kN (psp = 3.875 m/s) für einen baldigen Einsatz beim Transport von Nutzlasten in den Geostationären Orbit. Außerdem möchte man das Triebwerk auch bei unbemannten Mondlandemissionen einsetzen. Zudem wird auch am Erststufentriebwerk RD 191M (M für Methan) entwickelt, was mit Methan effizienter arbeiten soll als das RD 191 mit Kerosin als Brennstoff. Dies könnte den Schub der 4 Zusatzraketen für den geplanten MRKN-Träger mit geringerem Aufwand von 8 auf 10 MN steigern. Zudem sollen auch RD 171 und RD 180 modernisiert werden. Wichtige Vorteile von Methantriebwerken gegenüber der konventionellen Kerosin-Version sind eine kompaktere Größe und damit verringerte Masse sowie eine stabilere Verbrennung.

Zweite Entwicklungslinie sind Triebwerke, die drei Treibstoffkomponenten verwenden. In der letzten Zeit rückte dabei Acetam (russ. Azetam), ein Gemisch aus Acetylen und flüssigem Ammoniak, in den Mittelpunkt. Dabei soll Acetam anstelle des bewährten Kerosin mit flüssigem Sauerstoff reagieren und damit einen bedeutend höheren Schub erzeugen. Man spricht hier von einer Nutzlasterhöhung bestehender Trägerraketen um bis zu 30% und verspricht sich auch wegen geringerer Transportkosten bedeutende Einsparungen. Gegenwärtig wird am Institut für angewandte Chemie in Zusammenarbeit mit Energomasch und Skolkowo eine Pilotanlage zur Produktion des Treibstoffs im Labormaßstab errichtet. Diese soll den Weg für eine großtechnische Produktion bahnen, die thermischen und thermodynamischen Eigenschaften des Treibstoffgemisches detailliert klären und das richtige Mischungsverhältnis bestimmen. Gegenwärtig plant man mit 32% Acetylen und 68% Ammoniak. Ein erster Testlauf eines modifizierten Triebwerks RD 161AC (AC für Acetam) mit etwa 30 kN Schub soll bereits 2013 oder 2014 erfolgen. Hierbei will man einen spezifischen Impuls von 3.875 m/s (395 s) erreichen. Anschließend will man auch an der Modifikation weiterer Triebwerke arbeiten und bis 2020 in einer neu zu entwickelnden RB-Oberstufe einsetzen. Modellrechnungen ergaben, dass sich damit die Nutzlast einer Angara 5 aus einem 200-km-Orbit bei 51 Grad Bahnneigung in die Geostationäre Bahn von 3,79 t auf 4,6 t steigern ließe.

Eine weitere Neuheit in der russischen Trägertechnik ist ebenfalls für die Angara vorgesehen. Dabei soll während des Fluges Triebstoff aus seitlich angebrachten Zusatzraketenstufen (sogenannten Boostern) in den sich langsam leerenden Tank der Zentralstufe umgepumpt werden. Damit könnte man die Booster zum Teil als Tanks „missbrauchen“ und deutlich früher abwerfen, als zum ursprünglichen Brennschluss. Dies brächte nach Berechnungen von Chrunitschew eine Nutzlaststeigerung um 8 bis 28%, je nach verfolgtem Konzept. Gegenwärtig untersucht man, wann und wohin das Umpumpen erfolgen soll. So prüft man Konzepte, bei denen zunächst 2 Booster in die anderen beiden geleert werden und deren Treibstoff anschließend oder parallel zum Auffüllen der Zentralstufe zu verwenden. Dabei würden die Zusatzstufen in zwei Etappen abgeworfen. Fester Besandteil ist dieses Konzept bei der Planung einer neuen Trägerrakete, welche die Bezeichnung MRKN trägt und seitlich mit wiederverwendbaren Boostern ausgerüstet werden soll. Die Zusatzraketen würden nach der Abtrennung zu einem speziellen Landeplatz fliegen oder gleiten und könnten kurzfristig und kostengünstig bis zu 25 Mal komplett wiederverwendet werden.

Am Bedeutendsten für das Weiterkommen in unserem Sonnensystem ist aber die Entwicklung von nuklear-elektrischen Antriebssystemen. Hier erzeugt ein Kernreaktor elektrische Energie, die dazu genutzt wird, ein elektrisches Triebwerk zu betreiben. Als elektrische Triebwerke kommen beispielsweise Ionentriebwerke oder Plasmaantriebe infrage. Die russischen Techniker sehen die ferne Zukunft aber auch in Gaskern-, Festkern- oder MHD-Triebwerken.

Die Entwicklung eines nuklear-elektischen Antriebs in der Sowjetunion begann bereits in den 1970er Jahren. Hier wurden auch verschiedene Tests im Weltraum angestellt. In den 1980er Jahren begannen dann Arbeiten an Kernreaktoren der Megawattklasse. Diese Arbeiten kamen rund 15 Jahre zum Erliegen und wurden vor Kurzem wieder intensiv aufgenommen. Mittlerweile sind sie fester Besandteil eines staatlichen Konzepts zur Weiterentwicklung von Antriebstechnik für Raumfahrzeuge und werden entsprechend gefördert. Derzeit entwickelt man ein Transport-Energie-Modul (TEM) mit einer elektrischen Leistung von 1 MW bei einer Wärmelsitung von 3,5 MW. Hierbei arbeiten Rosatom, das Kurtschatow-Institut und Niket zusammen. Das Modul soll 22 Meter lang werden, einen Durchmesser von 4 Metern besitzen, seine großen Kühlradiatoren in einer Erdumlaufbahn entfalten und leer eine Masse von etwa 14 t besitzen. Der Reaktor selbst bringt 2,7 t auf die Waage. Das Modul ist zudem am Ende mit 16 Triebwerken versehen, welche das Stützmedium mit einem spezifischen Impuls von mindestens 70 km/s (7.000 s) ausstoßen sollen. Später soll der spezifische Impuls deutlich höher liegen, wobei man bereits derzeit recht optimistisch ist, dieses Ziel (200 km/s) zu erreichen. Im Labor hat man bereits Spannungen von 30 kV erreicht, mit denen elektrische Ladungsträger wie Ionen in einem elektrischen Feld beschleunigt werden. Die Ausschreibung läuft zwar bis 2015, bereits ein Jahr zuvor soll allerdings mit den Bodentests begonnen werden. Im Weltraum könnte das experimentelle Antriebssystem erstmals 2017 getestet werden. Den Bau des Systems möchte man im übrigen Energija anvertrauen.

Die zweite Ausbaustufe, ein TEM mit einer elektrischen Leistung von 6 MW soll um 2020 in Angriff genommen werden. Es soll eine Leermase von 40 t besitzen und laufend Lasten aus niedrigen Erdorbits in höhere oder zum Mond befördern. Dabei ist man zwar monatelang unterwegs, da der Gesamtschub trotz der hohen Austrittsgeschwindigkeiten noch relativ gering ist, insgesamt soll sich das bis zu 15 Jahre einsetzbare Aggregat aber deutlich kostensenkend bemerkbar machen. Man könnte praktisch beim Start von Geostationären Lasten die Oberstufe einsparen und dann für große Kommunikationssatelliten vergleichsweise kleine Raketen zum Start von der Erde einsetzen.

Außergewöhnlichstes Vorhaben ist allerdings das 25-MW-Modul, das in einem Zeitrahmen von 25 Jahren entwickelt werden soll. Mit ihm wäre es möglich, die Flugzeit zum Mars bei günstiger Stellung der beiden Planeten zueinander mit einem 480-t-Raumschiff auf 30 Tage zu senken und einen regelmäßigen Pendelverkehr zwischen Erde und Rotem Planeten einzurichten. Auch bemannte Missionen zu anderen Planeten oder Asteroiden ließen sich realisieren. Zunächst müssen aber erst einmal die Vorstufen realisiert und reprobt werden. Zur Umsetzung arbeitet man an vielen Aspekten des Systems gleichzeitig. So genügt es nicht, einen entsprechend kompakten Reaktor zu schaffen. Kürzlich hat man Fortschritte beim Bau der Turbine bekannt gegeben, die bei etwa 60.000 Umdrehungen pro Minute und 1.350 °C Gastemperatur praktisch 15 Jahre ununterbrochen zuverlässig funktionieren muss. Mit heutigen Materialien hat man gegenüber dem Entwicklungsstand vom Anfang der 1990er Jahre eine Masseverringerung um etwa 30% erreicht. Dies gelang durch die Verwendung keramischer Materialien, wie Siliziumcarbid mit verschiedenen Beimischungen und Nanobeschichtung. Damit erzielte man bei oben angegebener Temperatur sowohl eine größere Härte als auch eine bessere Biegefestigkeit.

Russische Raketeningenieure und Techniker arbeiten aber auch an den Raketen der unmittelbar nächsten Generation. Um von der Erde ins All zu gelangen, benötigt man nach wie vor chemische Raketen. Im Sommer 2011 wurde ein Beschluss gefasst, das RD 175 mit 10 MN Schub für eine russische Schwerlastrakete zu entwickeln. Ebenso wird viel Geld für die Entwicklung der Triebwerke RD 191 (6 Mrd. Rubel) und RD 193 (1 Mrd. Rubel) ausgegeben. Wir können also in den kommenden Jahren viel Neues aus dem Osten erwarten.

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Ein Beitrag von Ingo Froeschmann. Quelle: NASA.

Von einem voll funktionsfähiger Antrieb ist die NASA wahrscheinlich noch Jahre entfernt, aber seine Effizienz bedeutet, dass er eines Tages dazu verwendet werden kann, Menschen zum Mars zu bringen.

Die Mischung aus flüssigem Sauerstoff und Methan ist etwa 20 Prozent effizienter als herkömmliche Treibstoffe, die sich bei Kontakt entzünden. Die Mischung hinterlässt außerdem weniger Rückstände als zum Beispiel Kerosin und verringert deshalb die Gefahr von Antriebsblockaden.

Bisher ist noch keine Rakete mit einem derartigen Antrieb ins All gebracht worden. Außerdem haben nur wenige Länder, insbesondere die USA und Russland, Labortests mit dem neuen Treibstoff durchgeführt. Die NASA hat nun mit einer Brenndauer von 103 Sekunden einen neuen Testrekord aufgestellt. Das Ziel von amerikanischer Luftwaffe und NASA ist es, durch die Effizienz des Treibstoffs die Startkosten zu drücken, so David Stephenson, der Leiter des Testprogramms der NASA am Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama.

Ein LOX-Methan-Antrieb, mit dem ein kleiner Satellit in eine niedrige Erdumlaufbahn geschossen werden könnte, ist in möglicherweise drei bis vier Jahren einsatzbereit. „Wir befinden uns noch in einer Phase, in der wir versuchen zu beweisen, dass es überhaupt möglich ist“, sagte Stephenson. „Noch sind wir nicht sicher.“

Dieses Wissensdefizit führte vor kurzem auch zu einer Änderung von Plänen, diese Antriebsform auch für den Shuttle-Nachfolger der NASA zu verwenden. Das Crew Exploration Vehicle (CEV) sollte bis zum Jahr 2018 wieder Astronauten zum Mond bringen und später auch zum Mars. Noch 2005 hatte die NASA einen LOX-Methan-Antrieb als festen Bestandteil des CEV angegeben.

Der Antrieb wäre für eine Reise zum Mars und besonders für den Rückflug sehr nützlich, da Methan und Sauerstoff aus der Marsatmosphäre gewonnen werden könnten und so nicht von der Erde mitgebracht werden müssten.

Die NASA entschied, den LOX-Methan Antrieb nicht für das CEV zu verwenden, da die Entwicklung eines solchen Antriebs sehr teuer und für Flüge zum Mond und in die Erdumlaufbahn, beispielsweise zur Internationalen Raumstation, zudem unnötig sei.

Die NASA hat jedoch noch keine Entscheidung bezüglich ihrer zukünftigen Raumflotte und ihres Antriebssystems getroffen. Im Februar dieses Jahres sagte Scott Horrowitz, bei der NASA zuständig für Erkundungssysteme, dass der LOX-Methan-Antrieb weiterhin Teil des Forschungsprogramms der Raumfahrtagentur sei, nicht zuletzt weil es für eine Reise zum Mars sehr hilfreich sein könnte.

Der nächste Test ist für September geplant, wenn einige der jetzt verwendeten Metallteile durch eher flugtaugliche Verbundmaterialien ersetzt worden sind.

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