Quelle: ArianeGroup 1. September 2023.

Am 1. September 2023 haben die Teams von ArianeGroup, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Europäischen Weltraumorganisation ESA auf dem Prüfstand für die Oberstufe der neuen Trägerrakete Ariane 6 in Lampoldshausen erneut mit Erfolg einen Heißlauftest durchgeführt.

Die Testsequenz der Oberstufe bildete die Betriebsphase der Stufe beim Erstflug von Ariane 6 ab. Sie umfasste einen mehr als elfminütigen Betrieb (680 Sekunden) des wiederzündbaren Vinci-Triebwerks in zwei Zündungen inklusive zwei parallel zum Vinci-Triebwerk laufenden Betrieben des APU-Hilfsaggregats (Auxiliary Power Unit). Geprüft wurden auch das Druck-Management und die Temperatur der Treibstoffe in den Tanks während der orbitalen Phase ohne Antrieb. Das APU-Aggregat wurde für eine Gesamtdauer von nahezu 30 Minuten betrieben.

„Dieser Erfolg für die Ariane-6-Teams bringt uns der endgültigen Qualifikation der Oberstufe näher. Dieser entscheidende Test hat den perfekt gleichzeitigen Betrieb des wiederzündbaren Vinci-Triebwerks und der APU bewiesen, zwei Schlüsseltechnologien für die Vielseitigkeit unserer neuen europäischen Trägerrakete, die es ihr ermöglichen, höchst unterschiedliche Missionen durchzuführen“, erklärte Martin Sion, CEO der ArianeGroup. „Ich möchte die hervorragende Zusammenarbeit zwischen unseren deutsch-französischen Teams und unseren Partnern DLR und ESA loben, die erneut ihre Entschlossenheit unter Beweis gestellt haben, die Ariane 6 in Richtung ihres Erstfluges zu bringen und gleichzeitig die Qualität und Zuverlässigkeit von Europas neuer Trägerrakete zu sichern.“

„Ich freue mich sehr über den erfolgreichen Test und beglückwünsche das Team von ArianeGroup, ESA und DLR zu der erfolgreichen Zusammenarbeit. Dieser Test ist ein zentraler Meilenstein und elementar für die Qualifikation der Oberstufe für ihren Erststart“, erklärte Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstandsmitglied und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. „Das DLR ist für seine einzigartige Testinfrastruktur weltweit bekannt und setzt mit dem Prüfstand P5.2 neue Maßstäbe in Europa. Bei der Ministerratskonferenz im November 2022 in Paris haben sich die ESA-Mitgliedsstaaten auch darauf verständigt, dass Lampoldshausen als Standort für Triebwerks- und Stufentests Teil der strategischen ESA-Infrastruktur ist.“ Der ESA-Direktor für Raumtransport, Toni Tolker-Nielsen, bedankte sich bei den Partnern des DLR und dem Ariane 6-Hauptauftragnehmer ArianeGroup, die die Tests in Lampoldshausen durchführen: „Die Ariane 6 steigert unsere Fähigkeiten beim Raumtransport dramatisch und die Oberstufe mit ihrem wiederzündbaren Vinci-Triebwerk wird einen erheblichen Wandel bewirken. Die Ergebnisse dieser Tests geben uns großes Vertrauen, dass wir mit der Flexibilität dieses Startsystems allen Missionsanforderungen gerecht werden können. Gemeinsam mit unseren Partnern machen wir enorme Fortschritte und ich freue mich auf die nächsten Etappen unserer Ariane-6-Reise.“

Die am ArianeGroup-Standort Bremen montierte Ariane-6-Oberstufe umfasst einige der wichtigsten Neuerungen der Trägerrakete, mit denen ein möglichst breites Einsatzspektrum abgedeckt werden kann. Dazu gehören komplexe Missionen wie der Launch großer Satellitenkonstellationen in niedrige Umlaufbahnen (LEO) oder das aufeinanderfolgende Aussetzen von Nutzlasten in verschiedenen Umlaufbahnen. Die Stufe besteht vor allem aus den beiden Haupttanks für die kryogenen Treibstoffe (flüssiger Wasserstoff und Sauerstoff), die das bis zu viermal wiederzündbare Vinci-Triebwerk sowie das innovative APU-Hilfsaggregat versorgen.

Parallel zu den Oberstufentests in Deutschland werden in Kourou die integrierten Tests des kompletten Launchsystems einschließlich der allerersten Ariane 6-Rakete (bekannt als CTM – Combined Test Model) und der neuen Startrampe fortgesetzt. Diese Testrakete ist mit einer Oberstufe ausgestattet, die vor allem für die Erprobung der Elektrik- und Flüssigkeitssysteme eingesetzt wird, was die Abläufe bei der Füllung und Entleerung der Tanks mit kryogenen Treibstoffen sowie die Funktion der Tankarme unter Echtzeitbedingungen und zusammen mit der Startrampe einschließt.

Ariane 6 ist ein Programm der Europäischen Weltraumorganisation ESA und wird von ihr finanziert. Als Hauptauftragnehmer und in Zusammenarbeit mit ihren Industriepartnern ist ArianeGroup für die Entwicklung und den Bau der gesamten Trägerrakete sowie, über ihr Tochterunternehmen Arianespace, für die Vermarktung des Trägersystems verantwortlich. Der CNES und ihren Vertragspartnern obliegt der Bau des Startplatzes in Kourou in Französisch-Guayana.

Über ArianeGroup
ArianeGroup ist Hauptauftragnehmer für zivile und militärische Trägerraketen-Systeme, verantwortlich für die Entwicklung und den gesamten Produktionsablauf der europäischen Trägerraketen Ariane 5 und Ariane 6, die von ihrer Tochtergesellschaft Arianespace vermarktet und betrieben werden. Außerdem ist sie für die Entwicklung, den Bau, die Integration und die Wartung der Raketen der französischen See-Streitkräfte zur nuklearen Abschreckung zuständig. Als weltweit anerkannter Spezialist für innovative und wettbewerbsfähige Lösungen beherrscht ArianeGroup die ganze Palette der fortschrittlichsten Antriebstechnologien und Anwendungen in der Raumfahrt. Über ihre Tochtergesellschaften stellt sie anderen Industriezweigen ihre Fachkompetenz in Ausrüstung, Service, Weltraumüberwachung und sicherheitsrelevanten Infrastrukturen zur Verfügung. Die Unternehmensgruppe wird zu gleichen Teilen von Airbus und Safran gehalten und beschäftigt mehr als 8000 hochqualifizierte Mitarbeiter in Frankreich und Deutschland. Der konsolidierte Umsatz der Gruppe belief sich in 2022 auf 2,4 Milliarden Euro.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Überblick
Das DLR ist das Forschungszentrum der Bundesrepublik Deutschland für Luft- und Raumfahrt. Wir betreiben Forschung und Entwicklung in Luftfahrt, Raumfahrt, Energie und Verkehr, Sicherheit und Digitalisierung. Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR ist im Auftrag der Bundesregierung für die Planung und Umsetzung der deutschen Raumfahrtaktivitäten zuständig. Zwei DLR Projektträger betreuen Förderprogramme und unterstützen den Wissenstransfer.

Global wandeln sich Klima, Mobilität und Technologie. Das DLR nutzt das Know-how seiner 55 Institute und Einrichtungen, um Lösungen für diese Herausforderungen zu entwickeln. Unsere 10.000 Mitarbeitenden haben eine gemeinsame Mission: Wir erforschen Erde und Weltall. Wir entwickeln Technologien für eine nachhaltige Zukunft und tragen durch den Technologietransfer dazu bei, den Wissens- und Wirtschaftsstandort Deutschland zu stärken.

Über die ESA
Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) ist Europas Tor zum Weltraum.

Die ESA ist eine 1975 gegründete zwischenstaatliche Organisation, deren Aufgabe es ist, an der Entwicklung der Raumfahrtkapazitäten Europas zu arbeiten und sicherzustellen, dass die Investitionen in den Raumfahrtsektor den Bürgern Europas und der ganzen Welt zugute kommen.
Die ESA hat 22 Mitgliedstaaten: Belgien, Dänemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Italien, Luxemburg, die Niederlande, Norwegen, Österreich, Polen, Portugal, Rumänien, Schweden, die Schweiz, Spanien, die Tschechische Republik, Ungarn, das Vereinigte Königreich und die Türkei. Lettland, Litauen, die Slowakei und Slowenien haben den Status eines assoziierten Mitglieds.

Die ESA hat eine offizielle Zusammenarbeit mit vier weiteren EU-Mitgliedstaaten etabliert. Darüber hinaus nimmt Kanada im Rahmen eines Kooperationsabkommens an einigen Programmen der ESA teil. Durch die Koordinierung der finanziellen und intellektuellen Ressourcen ihrer Mitglieder kann die ESA Programme und Aktivitäten durchführen, die weit über das hinausgehen, was jedes dieser Länder allein erreichen könnte. Insbesondere arbeitet sie mit der EU bei der Umsetzung der Programme Galileo und Copernicus sowie mit EUMETSAT bei der Entwicklung von meteorologischen Missionen zusammen.

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• Trägerrakete Ariane 6

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Quelle: DLR 1. September 2023.

1. September 2023 – Die neu konzipierte Oberstufe der europäischen Trägerrakete Ariane 6 muss vor ihrem ersten Einsatz im Weltall intensive Funktions-Checks bestehen. Dazu hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit ArianeGroup in Lampoldshausen am 1. September 2023 einen weiteren Heißlauftest durchgeführt. Das Besondere: Die Testanforderungen entsprachen dem Flugszenario beim Erststart.

„Ich freue mich sehr über den gelungenen Test und beglückwünsche die Teams von ArianeGroup, ESA und DLR zu der erfolgreichen Zusammenarbeit. Dieser Test ist ein zentraler Meilenstein und elementar für die Qualifikation der Oberstufe für ihren Erststart“, erklärte Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstandsmitglied und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. „Das DLR ist für seine einzigartige Testinfrastruktur weltweit bekannt und setzt mit dem Prüfstand P5.2 neue Maßstäbe in Europa. Bei der Ministerratskonferenz im November 2022 in Paris haben sich die ESA-Mitgliedsstaaten auch darauf verständigt, dass Lampoldshausen als Standort für Triebwerks- und Stufentests Teil der strategischen ESA-Infrastruktur ist“, so DLR-Vorstand Walther Pelzer weiter.

Komplexes Anforderungsprofil und wichtige Funktions-Checks erfüllt
Bei der Ariane-6-Oberstufe handelt es sich um eine von Grund auf neu entwickelte Raketenstufe. Konzipiert und gebaut hat sie das Unternehmen ArianeGroup als Hauptauftragnehmer im Namen der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Sie besteht aus zwei Haupttanks, die mit flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff gefüllt sind. Dazu kommt das bis zu viermal wiederzündbare Vinci-Triebwerk und die APU (Auxiliary Power Unit), eine innovative Antriebseinheit. Die APU erweitert die Einsatzmöglichkeiten der Ariane 6: Mit zwei Zündungen des Vinci-Triebwerks und zwei Zündungen der APU wurde bei diesem Heißlauftest ein sehr komplexes Anforderungsprofil am Prüfstand nachgestellt. „Bei den bisherigen Arbeiten und Tests haben wir wichtige Informationen und Daten über die Stufe erhalten. Beim aktuellen Test haben wir einen weiteren wichtigen Schritt geschafft: Es ist uns gelungen, auf dem Prüfstand ein Szenario nachzustellen, das den Anforderungen des Erstflugs der Ariane 6 entspricht“, verdeutlichte Prof. Stefan Schlechtriem, Direktor des DLR-Instituts für Raumfahrtantriebe. „Das Ergebnis ist eine umfassende Datenbasis, die nun von ArianeGroup detailliert analysiert und ausgewertet wird.“

Ariane-6-Oberstufe: konzipiert für flexiblere Raumfahrtmissionen
„Dieser erneute erfolgreiche Test stellt einen sehr wichtigen Meilenstein auf dem Weg zum Erstflug der Ariane 6 dar. Dieser Erfolg ist das Ergebnis einer seit vielen Jahrzehnten erfolgreichen, engen und vertrauensvollen Zusammenarbeit zwischen der ArianeGroup und dem DLR am Standort Lampoldshausen. Bei diesen sogenannten ‚Hot Firing Tests‘ wird die am Standort Bremen gefertigte Ariane-6-Oberstufe – und die dazugehörige Triebwerkstechnologie aus Ottobrunn – auf Herz und Nieren geprüft. Anschließend wird sie dann in einem zweiten Schritt gemeinsam mit der in Frankreich gefertigten Hauptstufe getestet. Ich möchte an dieser Stelle meinen Dank an die beteiligten Teams an allen Standorten aussprechen und mich auch für die sehr gute Zusammenarbeit mit dem DLR bedanken“, so Pierre Godart, CEO ArianeGroup GmbH.

Der ESA-Direktor für Raumtransport, Toni Tolker Nielsen, dankte den Partnern DLR und ArianeGroup, dem Hauptauftragnehmer der Ariane 6, für die Durchführung der Tests in Lampoldshausen: „Die Ariane 6 steigert unsere Fähigkeiten beim Raumtransport dramatisch und die Oberstufe mit ihrem wiederzündbaren Vinci-Triebwerk wird einen erheblichen Wandel bewirken. Die Ergebnisse dieser Tests geben uns großes Vertrauen, dass wir mit der Flexibilität dieses Startsystems allen Missionsanforderungen gerecht werden können. Gemeinsam mit unseren Partnern machen wir enorme Fortschritte und ich freue mich auf die nächsten Etappen unserer Ariane-6-Reise.“

Bei der Oberstufe der Ariane 6 spielen viele neue Technologien zusammen: Durch das mehrmals wiederzündbare Vinci-Triebwerk und die APU sind flexiblere Missionsprofile möglich. Zudem ist die Oberstufe so konzipiert, dass sie nach dem Einsatz komplett in der Erdatmosphäre verglüht, also keine Trümmerteile hinterlässt. Das ist eine wichtige Maßnahme, um keinen weiteren Weltraumschrott zu verursachen.

Das DLR am Standort Lampoldshausen ist mit seinem Portfolio an Prüfständen für Tests von zukunftsweisenden Raumtransport-Systemen optimal aufgestellt. Mit dieser einmaligen Forschungsinfrastruktur und seiner umfassenden Expertise unterstützt das DLR die deutsche und europäische Raumfahrtindustrie dabei, neuartige Antriebssysteme zu entwickeln.

Anspruchsvolle Tests für den Einsatz im Weltall
Ein Testtag mit der Ariane-6-Oberstufe nimmt rund 22 Stunden in Anspruch und erfordert mehrere Wochen intensiver Vorbereitung. Beim Test werden Vorgänge simuliert, wie sie auch bei einem echten Startvorgang stattfinden. Dazu zählt das Betanken der Oberstufe mit flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff sowie das Entleeren der Tanks nach Ende des Tests. DLR und ArianeGroup sammeln während der Versuche eine große Menge an relevanten Daten: Dazu gehören auch Daten, die zum Beispiel Einblicke in die ballistischen Phasen – wenn die Oberstufe ohne Schub fliegt – geben und für die Auswertung wichtig sind.

Die deutsche Beteiligung am Ariane-Programm
Deutschland trägt aktuell mit 44 Millionen Euro in den nächsten drei Jahren über seinen ESA-Beitrag zur Sicherung des Zentrums für Triebwerkstests in Lampoldshausen bei. Die deutsche Raumfahrtagentur im DLR steuert im Auftrag der Bundesregierung die deutschen ESA-Beiträge. Bei der Ministerratskonferenz im November 2022 in Paris zeichnete Deutschland knapp 490 Millionen Euro für Aktivitäten im Trägerraketen-Bereich und ist nach Frankreich zweitstärkster Ariane-6-Partner. Deutschland ist mit rund 23 Prozent am Ariane-6-Entwicklungsprogramm beteiligt. Die Oberstufe der Trägerrakete wird am Standort Bremen der ArianeGroup integriert.

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• Trägerrakete Ariane 6

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Quelle: Rocket Factory Augsburg 2. Juni 2023.

Augsburg – 2. Juni 2023. Der Startdienstleister Rocket Factory Augsburg AG (RFA) hat seine Oberstufe erfolgreich über die volle Dauer von 280 Sekunden getestet. Dies markiert den erfolgreichen Abschluss der IST-Kampagne (Integrated System Test), bei der ein Helix-Triebwerk mit gestufter Verbrennung in ein Oberstufentanksystem integriert und mehrmals sowie abschließend bis zur kompletten Flugdauer heiß gezündet wurde. Dies ist das erste Mal in Europa, dass eine privat entwickelte Oberstufe mit gestufter Verbrennung erfolgreich getestet wurde.

Bei der nun erfolgreich abgeschlossenen IST-Kampagne wurden alle Systeme und Komponenten der Stufe getestet. Der abschließende Test umfasste eine volle Brenndauer von 280 Sekunden. Damit ist RFA das erste private Unternehmen in Europa, das eine Stufe mit einem Triebwerk mit gestufter Verbrennung über die gesamte Flugdauer erfolgreich zündete. Mit dieser langen Brenndauer ist das Helix-Triebwerk nun gleichzeitig für den Flug der ersten und zweiten Stufe qualifiziert.

„Die Oberstufe funktionierte einwandfrei und durchlief die volle 310s-Autosequenz, ohne einen automatischen Stopp auszulösen. Die Triebwerkslaufzeit betrug 280 Sekunden, und nach dem Test konnten keine Schäden festgestellt werden. Dies ist der erste erfolgreiche Qualifikationstest unserer Oberstufe, und wir sind sehr stolz auf unser Team, das die Entwicklung, den Bau und die Tests so zeit- und kosteneffizient durchgeführt hat“, sagte Dr. Stefan Brieschenk, Chief Operating Officer des Unternehmens. „Mit den Daten, die wir gesammelt haben, werden wir alle Teilsysteme der Oberstufe und der ersten Stufe weiter optimieren. Unser nächster großer Schritt ist der Heißbrandtest der ersten Stufe. Wir nähern uns mit großen Schritten unserem ersten Start, es wird ernst.“

Dr. Stefan Tweraser, CEO von RFA, fügte hinzu: „Dieser erfolgreiche Test ist für uns ein großer Schritt nach vorn. Er ist eine vollständige Bestätigung unserer Strategie, eine kleine Trägerrakete zu entwickeln, die sowohl sehr leistungsfähig als auch kostenmäßig führend ist. Mit diesem Test der Oberstufe über ihre gesamte Brenndauer haben wir erneut bewiesen, dass wir in der Lage sind, mehr Meilensteine mit weniger, aber intelligenteren Investitionen zu erreichen als alle unsere Wettbewerber“.

Die beim schwedischen Esrange Space Center durchgeführte Kampagne ist der bisher wichtigste Meilenstein im Entwicklungsprozess: Bei 280 Sekunden stationärer Verbrennung wurden die Funktionalität und Kompatibilität aller Oberstufensysteme bewiesen, darunter Betankungsvorgänge, Treibstoffmanagement, Bedrückung, Sensoren, Antrieb und Steuerung. Es wurden wertvolle Daten für die weitere Optimierung von Triebwerk und Stufe gesammelt. RFA wird sich nun auf die Montage der ersten Stufe konzentrieren und die Bauarbeiten auf dem Startplatz fortsetzen.

Über gestufte Verbrennung
Im Juli 2021 testete RFA als erstes Unternehmen in der Europäischen Union erfolgreich ein gestuftes Verbrennungstriebwerk mit einem acht Sekunden dauernden Heißzündungstest. Damit war RFA das dritte kommerzielle Unternehmen der Welt, das einen gestuften Verbrennungsmotor in großem Maßstab erfolgreich getestet hat. Im August 2022 folgte eine Heißbrandkampagne der Helix in Flugkonfiguration mit einer Gesamtbrenndauer von 74 Sekunden. Dasselbe Triebwerk wurde dreimal gezündet und gestoppt, ohne dass Komponenten ausgetauscht werden mussten.

Die gestufte Verbrennungstechnologie zeichnet sich durch eine höhere Effizienz und Leistung im Vergleich zu konventionellen Raketenmotoren mit offenem Verbrennungskreislauf aus. Die teilweise unverbrannten Abgase aus der Turbopumpe werden in die Hauptbrennkammer geleitet, wodurch die Freisetzung von unverbranntem Treibstoff vermieden wird. Durch die Wiederverwertung der Abgase wird die Effizienz der Trägerrakete erheblich gesteigert, während gleichzeitig die Startkosten gesenkt und die CO₂-Emissionen bei Raketenstarts minimiert werden.

Über Rocket Factory
Rocket Factory Augsburg wurde 2018 mit der Vision gegründet, datengenerierende Geschäftsmodelle im Weltraum zu ermöglichen, um unseren Planeten Erde besser zu überwachen, zu schützen und zu vernetzen. Vor diesem Hintergrund hat sich das Unternehmen zum Ziel gesetzt, wöchentlich Starts von bis zu 1.300 kg in niedrige Erdumlaufbahnen und darüber hinaus zu sehr wettbewerbsfähigen Preisen anzubieten. Damit will RFA den Zugang zum Weltraum demokratisieren und die Startkosten in der Raumfahrtindustrie senken. Der RFA ONE Startservice kombiniert drei wichtige Wettbewerbsvorteile: Ein kundenorientierter Service mit präziser Aussetzung in der Umlaufbahn und einem hohen Maß an Missionsflexibilität durch das Redshift OTV; zu einem äußerst wettbewerbsfähigen Preis; ermöglicht durch eine überlegene gestufte Verbrennungstechnologie, kostengünstige Edelstahltanks und die Verwendung von Industriekomponenten.

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• Rocket Factory Augsburg (RFA)

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Quelle: OHB SE Bremen 3. November 2022.

Bremen, 3. November 2022. Die MT Aerospace AG hat mit der ArianeGroup GmbH einen Vertrag mit einem Volumen von 35 Millionen Euro zur Weiterentwicklung von Demonstratoren für CFK-Oberstufen von europäischen Trägerraketen abgeschlossen. ArianeGroup mit MT Aerospace erhielten den Zuschlag der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), um die Entwicklung des Projekts PHOEBUS (Prototype for a Highly OptimizEd Black Upper Stage) fortzusetzen. Mithilfe des Technologie-Demonstrators PHOEBUS soll eine Oberstufe* aus leichten Verbundwerkstoffen auf Basis von Kohlefasern für die neuen europäischen Trägerraketen entwickelt werden. In der Technologieentwicklung PHOEBUS setzt MT Aerospace auf vollständige CFK-Lösungen: Die Verwendung des smarten Werkstoffes Kohlefaser ermöglicht weitgehend auf metallische Komponenten der Oberstufentanks und -strukturen zu verzichten. Das spart Masse, erhöht die Nutzlastkapazität der Trägerraketen, reduziert den Ressourceneinsatz und verbessert damit entscheidend die Wettbewerbsfähigkeit zukünftiger Trägerraketen. MT Aerospace und ArianeGroup werden PHOEBUS in zwei Phasen bis Mitte 2023 und in 2025 testen und validieren. Mit dem aktuellen Vertrag wird die langjährige und erfolgreiche Zusammenarbeit von MT Aerospace mit ArianeGroup fortgeführt. Er folgt auf Verträge, die 2019 und 2021 abgeschlossen wurden.

Die ‚schwarzen Oberstufe‘ für die nächste Generation europäischer Trägerraketen wird aus ultraleichten Verbundwerkstoffen bestehen. Die Kohlefaser-Technologie ist wegweisend für künftige Raumtransportkonzepte. „MT Aerospace erreicht damit Technologieführerschaft in Europa und wird daraus neue Produkte entwickeln. Dies eröffnet neue und globale Wachstumschancen für den Standort Augsburg und ist ein wichtiger Meilenstein für unsere Unternehmensentwicklung“, erläutert Ulrich Scheib, Vorstand Programme bei MT Aerospace.

Masse einsparen, Nutzlastkapazität erhöhen und Raumfahrt nachhaltiger machen
Mit der Verwendung von Kohlefasern wird das Gewicht der Oberstufe nachhaltig reduziert werden. PHOEBUS* ist ein Schlüsselelement für die Entwicklung von ICARUS (Innovative Carbon ARiane Upper Stage). PHOEBUS besteht aus Verbundwerkstoffen auf Basis von Kohlefasern, nicht wie bisher aus Metall, was Gewicht einspart und sich positiv auf die Kosten jedes Raketenstarts auswirkt. Dies ermöglicht es, mehr Nutzlastkapazität (z.B. Satelliten) in den Weltraum zu transportieren: Jede mit einer schwarzen (so genannt wegen des dunklen Werkstoffs CFK) Oberstufe ICARUS ausgerüstete Rakete wird zusätzlich bis zu zwei Tonnen Nutzlast an Bord nehmen können. Dies trägt zu einer nachhaltigeren Nutzung der Ressourcen bei.

„Die Entwicklung der neuen Oberstufe wird auch Wegbereiter sein für Zukunftstechnologien im Bereich kryogene Anwendungen und für Einsatzmöglichkeiten von Flüssigwasserstoff in der Luftfahrt und in anderen Sektoren“, erklärt Hans Steininger, der Vorstandsvorsitzende der MT Aerospace AG. „Unsere erfolgreiche Zusammenarbeit mit ArianeGroup beweist immer wieder, dass wir wettbewerbsfähig sind und europäische Trägerraketen zu nachhaltigen Weltraum-Champions machen können. Es erfüllt uns mit Stolz, dass wir als größter Systempartner für das Ariane-Programm federführend Konzepte für zukunftsfähige Raumfahrtanwendungen entwickeln und dazu beitragen die Nachhaltigkeit der Raumfahrt zu sichern.“

Potential des smarten Werkstoffs CFK ausschöpfen
Über fünf Jahrzehnte hinweg konnte die MT Aerospace AG dank verschiedener Entwicklungsaufträge von europäischen Trägerraketen und der beauftragten Serienproduktion ein wertvoller Erfahrungsschatz aufgebaut werden. CFK eröffnet auch im Fertigungsprozess neue Möglichkeiten: Die Verwendung von CFK lässt beispielsweise ein integriertes Design zu, das heißt, es gibt weniger einzelne Komponenten als bei einem metallischen Pendant, dessen einzelne Komponenten sich nicht in einem Fertigungsprozess herstellen lassen, sondern im Nachgang miteinander verschweißt oder montiert werden müssen. Dies wirkt sich weiter positiv auf die Produktkosten aus.

Damit Leichtbau auch leicht geht: Der Automated-Fibre-Placement-Prozess als Kerntechnologie
Die MT Aerospace AG zählt zu den führenden Unternehmen im Leichtbau aus Metallen und Verbundwerkstoffen und ist seit Jahrzehnten in der Luft- und Raumfahrt tätig. Hier kommt es oft auf jedes Gramm an, außerdem auf höchste Präzision und Verlässlichkeit, auf Reproduzierbarkeit und die Einhaltung internationaler Standards. Der Übergang von metallischen auf Verbundwerkstoffe stellt einen Paradigmenwechsel bei Oberstufendesign und -produktion dar. Mit der neuen AFP-Anlage (Automated Fibre Placement) legt MT Aerospace einen wichtigen Industrialisierungsbaustein für die optimierte Oberstufe von Trägersystemen. Der AFP-Prozess stellt dabei die Kerntechnologie für die zukünftigen Composite-Produkte dar, die für die schwarze Oberstufe in Form von Tanks und Strukturen benötigt werden.

PHOEBUS-Projekt profitiert von Expertise im Bereich Tanksysteme für die Raumfahrt
MT Aerospace hat eng mit ArianeGroup zusammengearbeitet, um Technologien zur Planung und zum Bau von Kryo-Tanks und der dazugehörigen Kohlefaser-Konstruktionen zu entwickeln. Das Unternehmen verfügt über das Know-How, Konstruktionen aus Kohlefasern und Tanks mit einem Durchmesser von bis zu 3,5 Metern herzustellen. „Nachdem wir die Eigenschaften und die Zuverlässigkeit unserer kryogenen Treibstofftanks aus CFK auf der kleinsten Skalierungsebene nachweisen konnten, treten wir jetzt in eine neue Phase ein und weisen die Performance in zwei Schritten bis auf Full-Scale Ebene nach. Damit legen wir den Grundstein für eine nachfolgende Produktentwicklung der ‚schwarzen Oberstufe‘“, fasst Thomas Schnaufer, Head of Launcher Composites & Composite Technologies, die Vorteile zusammen.

Quality first – entwickeln, testen und evaluieren
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wird in seinem Testzentrum in Lampoldshausen in Deutschland die Leistung des PHOEBUS-Demonstrators mit kryogenem Wasserstoff und Sauerstoff evaluieren. Das PHOEBUS-Projekt ist Teil des „Future Launchers Preparatory Programmes“ des ESA-Direktorats für Weltraumtransport. ArianeGroup wird zusammen mit MT Aerospace den PHOEBUS-Demonstrator aus Kohlefaser-Verbundwerkstoffen in zwei Phasen entwickeln, bauen und testen. Das Projekt wird zunächst bis Mitte 2023 mit dem Bau und den Tests des „Technology Control Vehicle“, einer verkleinerten Version mit einem Durchmesser von zwei Metern, voranschreiten, um die Fertigungsprozesse zu demonstrieren. In der Folge wird ArianeGroup mit Komponenten von MT Aerospace den PHOEBUS-Demonstrator zusammenfügen und testen; der Demonstrator besteht aus einem Tank für flüssigen Wasserstoff, der auf einem Tank für flüssigen Sauerstoff montiert ist, und hat ähnliche Abmessungen wie Teile der zukünftigen Kohlefaser-Oberstufe. Die abschließenden Tests, die den Füll- und Betankungszyklus, den Druckaufbau und die Entleerung der Tanks umfassen, werden gegen Ende 2025 im Testzentrum des DLR in Lampoldshausen in Süddeutschland durchgeführt. Dies wird der bislang weltweit größte Demonstrator eines Kohlefaser-Kryo-Tanks sein.

*) PHOEBUS steht für „Prototype for a Highly OptimizEd Black Upper Stage“ und ist das Hauptelement für die Entwicklung von ICARUS („Innovative Carbon ARiane Upper Stage”).

*) Raketenoberstufe: Bei der Entwicklung der künftigen „Black Upper Stage“ wurde die MT Aerospace mit den Tanks für flüssigen Wasserstoff und flüssigen Sauerstoff inklusive der zugehörigen Strukturen vorgesehen. Im Zusammenspiel mit den von ArianeGroup gelieferten Komponenten, wie dem mehrfach zündbaren Vinci-Triebwerk und den verschiedenen fluidischen, hydraulischen und elektronischen Kontroll- und Steuerungssystemen bildet dieses ebenfalls von ArianeGroup integrierte System die Reiseplattform für die Satelliten ins All, bevor sie von der Oberstufe separiert werden und mit eigener Kraft an ihren Zielposition gelangen müssen.

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Quelle: DLR 6. Oktober 2022.

6. Oktober 2022 – Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Lampoldshausen hat am 5. Oktober 2022 erstmals erfolgreich die Oberstufe der Ariane 6 getestet. Ein Heißlauftest ist ein höchst anspruchsvoller Versuch: Ziel ist es, auf dem Prüfstand flugähnliche Bedingungen nachzubilden. So soll das Zusammenspiel aller Komponenten für die Startvorbereitung und den Flug nachgewiesen, als auch die Belastungen simuliert werden, denen eine Raketenstufe auf dem Weg ins All standhalten muss. Die Oberstufe ist der Teil einer mehrstufigen Rakete, der am längsten unterwegs ist. Sie transportiert die Nutzlast und setzt sie an der gewünschten Position mit der korrekten Geschwindigkeit aus. Mit diesem Test ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zum Erstflug der neuen europäischen Trägerrakete Ariane 6 erreicht. Bei der Oberstufe handelt es sich um eine von Grund auf neu entwickelte Raketenstufe. Konzipiert und gebaut hat sie das Unternehmen ArianeGroup.

Anspruchsvolle Tests für den Einsatz im Weltall
Die Stufe besteht aus zwei Haupttanks, die mit flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff gefüllt sind, dem neuen, bis zu viermal wiederzündbaren Vinci-Triebwerk sowie der APU (Auxiliary Power Unit), einer innovativen Antriebseinheit. Sie macht die Einsatzmöglichkeiten der Ariane 6 noch vielseitiger. Im Fokus bei diesem ersten Heißlauftest stand das Befüllen der Stufe mit kryogenen Treibstoffen sowie ein Test des wiederzündbaren Vinci-Triebwerks. Das Team des DLR-Instituts für Raumfahrtantriebe prüfte außerdem alle zur Oberstufe dazugehörigen Systeme wie die Flugsoftware. „Dieser erste erfolgreiche Testlauf hat uns gezeigt, dass die über Jahrzehnte in Lampoldshausen erworbenen Kompetenzen beim Test von Raumfahrtantrieben ein entscheidender Garant für den Erfolg der europäischen Ariane-Familie ist“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Anke Kaysser-Pyzalla, DLR-Vorstandsvorsitzende. „Ich bedanke mich bei dem Team, das diesen ersten Test der kompletten Ariane-6-Oberstufe zum Erfolg geführt hat.“

„Mit der Ariane 6 wird Europa über einen Träger verfügen, der für viele Jahre den Grundpfeiler der europäischen Raumfahrtaktivitäten bilden wird. Sie ist die ideale Rakete, um unsere institutionellen Missionen zu starten und damit den Zugang für alle europäischen Raumfahrtnutzenden zu garantieren – eine Fähigkeit, die im heutigen geopolitischen Umfeld unverzichtbar geworden ist“, betont Dr.-Ing. Walther Pelzer, DLR-Vorstand und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. „Daher freut es mich besonders, dass wir diesen essenziellen Meilenstein in der Entwicklung der Ariane 6 erreicht haben. Es ist ein großartiger Erfolg der Zusammenarbeit zwischen dem DLR, der ESA und der deutschen und europäischen Raumfahrtindustrie.“

„Im 21. Jahrhundert sind die Europäer für ihre Sicherheit und ihren Wohlstand zweifellos auf Daten aus dem Weltraum angewiesen. Europa muss auf eine vollständige Autonomie beim Zugang zum Weltraum und dessen Nutzung hinarbeiten. Die Ariane 6 ist der Schlüssel dazu und wir freuen uns darauf, sie vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana, starten zu sehen“, sagt Daniel Neuenschwander, ESA-Direktor für Trägersysteme.

„Der erfolgreiche Heißlauftest ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Qualifikation der Ariane 6 und zu einem erfolgreichen Erstflug. Die in Deutschland entwickelte, produzierte, montierte und getestete Oberstufe der Ariane 6 stellt das Know-how der ArianeGroup, seiner Industriepartner und des DLR unter Beweis“, erklärt Pierre Godart, Geschäftsführer (CEO) der ArianeGroup GmbH. „Die Heißlauftests der Oberstufe werden parallel zu den sogenannten kombinierten Tests der Trägerrakete und des Startplatzes in Kourou durchgeführt. Mit den vereinten Kräften in Lampoldshausen, Kourou und weiteren Standorten und dank der hervorragenden Teams aller Beteiligten werden wir technische Spitzenleistungen erzielen. Auf diese Weise wird mit der Ariane 6 die Erfolgsgeschichte der europäischen Trägerrakete fortgeschrieben. Wir arbeiten unermüdlich für den erfolgreichen Erstflug und die Serienproduktion der Ariane 6 und wollen so die Erwartungen der Kunden von Arianespace wie geplant erfüllen.“

Heißlauftests: Königsdisziplin am Prüfstand
Insgesamt sind mit der Oberstufe beim DLR Lampoldshausen bis zu drei Heißlauftests geplant. In der Regel nehmen sie – nach mehreren Wochen intensiver Vorbereitung – jeweils rund 17 Stunden in Anspruch. Es werden alle Aspekte simuliert, einschließlich der Vor- und Nachbereitung der Stufe. Dazu zählt das Betanken mit flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff sowie das Entleeren der Tanks nach Ende des Tests. Das Team des Prüfstands sammelt während der Versuche eine große Menge an wichtigen Daten: zum Beispiel über die ballistischen Phasen, in denen die Oberstufe ohne Schub fliegt, die sogenannte Coast Phase, über den Druckaufbau in den Tanks vor der Triebwerkszündung, über das Wiederzünden des Triebwerks und über die Funktion der Düsen, die der Lageregelung dienen.

„Heißlauftests sind die Königsdisziplin am Prüfstand. Sie stellen höchste Anforderungen an die Technik und sind deshalb eine besondere Herausforderung für Team und Infrastruktur“, beschreibt Prof. Stefan Schlechtriem, Direktor des DLR-Instituts für Raumfahrtantriebe. „Außerdem testen wir zum ersten Mal in der langen Geschichte des Ariane-Programms in Europa eine kryogene Oberstufe an einem neu entwickelten Prüfstand – also eine doppelte Premiere“, ergänzt Schlechtriem. Die Erkenntnisse aus diesen Tests sind elementar, um die Ariane 6 zu finalisieren und startklar für den Weltraum zu machen. Entsprechend gründlich hat das Team um Anja Frank, Leiterin für die Versuchsanlagen im Institut für Raumfahrtantriebe, die Tests vorbereitet. In den letzten Monaten war höchste Konzentration gefordert, um sämtliche Vorbereitungen an der sieben Tonnen schweren Oberstufe mit einem Durchmesser von 5,4 Metern und einer Höhe von 11,6 Metern zu absolvieren. Genauso galt es, komplexe Softwareprogramme zu entwickeln und zu schreiben, um alle Abläufe während der Tests genaustens steuern und überwachen zu können.

Nicht nur technologisch läutet der erste Heißlauftest der Raketenoberstufe – die deshalb auch als „Hot Firing Model“ (HFM) bezeichnet wird – eine wichtige Phase der gesamten Ariane-6-Trägerentwicklung ein: „Für alle Beteiligten ist das auch ein sehr emotionaler und spannender Moment, wenn die neu entwickelte Oberstufe erstmals auf dem Prüfstand gezündet wird“, betont Schlechtriem.

Im Zentrum der Aufmerksamkeit: wiederzündbares Vinci-Triebwerk mit kryogenen Treibstoffen
Die Oberstufe der Ariane 6 ist mit einem wiederzündbaren Triebwerk namens Vinci ausgestattet. Es lässt sich bis zu viermal wiederzünden und kann von wenigen Sekunden bis zu mehr als 14 Minuten brennen. Damit ist die Ariane 6 sehr flexibel, kann ein breites Spektrum an Einsätzen abdecken und mit jeweils unterschiedlicher Missionsdauer mehrere Zielorbits ansteuern. Sie eignet sich besonders für den Transport von Satellitenkonstellationen, bei denen die einzelnen Satelliten in unterschiedlichen Umlaufbahnen ausgesetzt werden. Das Vinci-Triebwerk liefert mit der Treibstoffkombination aus kryogenem, also tiefkaltem flüssigem Sauerstoff und Wasserstoff den notwendigen Schub, um die Nutzlasten genau an der gewünschten Position und mit der korrekten Geschwindigkeit im jeweiligen Orbit zu platzieren.

Der Oberstufenprüfstand P5.2
Die Tests mit der kompletten Oberstufe finden auf dem speziell für diesen Zweck entwickelten ESA-Prüfstand P5.2 statt – einer in Europa einmaligen Infrastruktur. Die hochkomplexe und extrem leistungsfähige Anlage wurde im Rahmen der Entwicklung der zukünftigen europäischen Trägerrakete Ariane 6 im Direktauftrag der Europäischen Weltraumorganisation ESA entwickelt und gebaut. Sowohl der Prüfstand als auch wesentliche Teile der getesteten Stufe werden aus den deutschen ESA-Beiträgen zum Ariane-6-Entwicklungsprogramm finanziert. Für die Bereitstellung und Koordination dieser Mittel ist die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR im Auftrag der Bundesregierung verantwortlich.

Über das Ariane-6-Programm
Die Oberstufe ist Teil des Ariane-6-Programms der ESA, dessen deutsche Beteiligung durch die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR in Bonn gesteuert wird. ArianeGroup als Hauptauftragnehmer ist verantwortlich für Entwicklung und Bau der gesamten Trägerrakete. Diese erfolgen in Zusammenarbeit mit Industriepartnern. Die Vermarktung des Trägersystems übernimmt das Tochterunternehmen Arianespace. Die französische Raumfahrtagentur CNES ist verantwortlich für den Bau des Startplatzes in Kourou sowie für die dort stattfindenden Tests.

Vi­deo: Er­folg­rei­cher Test der Aria­ne-6-Ober­stu­fe am ESA-Prüf­stand P5.2

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• Trägerrakete Ariane 6

Der Beitrag Erster erfolgreicher Test der Ariane-6-Oberstufe am DLR Lampoldshausen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: OHB SE.

Augsburg. Die MT Aerospace AG, ein Tochterunternehmen des Raumfahrt- und Technologiekonzerns OHB SE, wurde von ArianeGroup GmbH im Rahmen des Future Launchers Preparatory Programs der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) mit der weiterführenden Technologieentwicklung für eine zukünftige schwarze Oberstufe für die europäische Trägerrakete Ariane 6 betraut. Bei der beauftragten Entwicklung der Treibstofftanks und Strukturen sind die Vorteile des smarten Werkstoffs CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) gefragt.

PHOEBUS, ein Großdemonstrator für die künftige schwarze Raketenoberstufe
In der Technologieentwicklung PHOEBUS (Prototype Highly OptimizEd Black Upper Stage) für die künftige, optimierte Oberstufe*) namens „ICARUS“ setzt man voll auf CFK: Die Verwendung des smarten Werkstoffes Kohlefaser soll es möglich machen, weitgehend auf metallische Komponenten der Oberstufentanks und -strukturen zu verzichten. Das spart Masse, was sich positiv auf die Kosten jedes Raketenstarts auswirkt und ermöglicht es, mehr sogenannte Nutzlastmasse (z.B. Satelliten) in den Weltraum zu transportieren: Jede mit einer schwarzen (so genannt wegen des dunklen Werkstoffs CFK) Oberstufe ICARUS ausgerüstete Rakete wird zusätzlich bis zu zwei Tonnen Nutzlast an Bord nehmen können.

In den kommenden drei Jahren wird ein Oberstufen-Demonstrator entwickelt und gefertigt, der seine Funktionsfähigkeit im abschließenden, von ArianeGroup GmbH durchgeführten Systemtest unter Beweis stellen muss. Die Tank-Prototypen für flüssigen Wasserstoff (LH2) und flüssigen Sauerstoff (LOX) werden in beinahe Realgröße gefertigt, das heißt, sie sind etwa 2,5 Meter hoch, ihr Durchmesser beträgt 3,5 Meter. „Unsere kryogenen Treibstofftanks aus CFK müssen sich an den Eigenschaften und der Zuverlässigkeit ihrer metallischen Vorgänger messen lassen“, erklärt Hans Steininger, der Vorstandsvorsitzende der MT Aerospace AG. „Durch die Leichtbauweise aus CFK-Material und den damit verbundenen Designmöglichkeiten kann die geforderte Gewichtseinsparung im Vergleich zur heutigen Metallversion voraussichtlich sogar übererfüllt werden.“

Tank-Prototyp bewährte sich im Test
Einen Meilenstein konnte die MT Aerospace AG bei der Technologie-Entwicklung bereits setzen. Ein speziell entwickelter CFK-Tank bewies im Test, das „Zeug“ zur Raketenkomponente zu haben – auch bei frostigen Temperaturen von -183°C beim Test auf Sauerstoffkompatibilität „Die Testergebnisse sind sehr ermutigend, denn unser Tank konnte den hohen Anforderungen, die sich aus den aggressiven Treibstoffkomponenten ergeben, standhalten. Wir freuen uns auf die weiteren Entwicklungsarbeiten für die optimierte Raketenoberstufe“, ergänzt Hans Steininger.

„Safety first!“ bei Treibstofftanks
Für den Antrieb der Oberstufe im Weltraum werden die Tanks vor dem Raketenstart mit den äußerst reaktiven Treibstoffkomponenten betankt. Daher müssen bei der Entwicklung wasserstoffdichter und sauerstoffkompatibler CFK-Tanks für die kryogene Anwendung extrem hohe Sicherheitsanforderungen erfüllt werden. „Gerade der Sauerstoff ist höchst reaktiv, der Wasserstoff zudem extrem flüchtig. Einen Kohlefaser-Tank in diesem extremen Temperaturbereich ohne zusätzliche Barriere-Schicht dicht zu bekommen, sei eine große Herausforderung, erklären die damit betrauten Ingenieurinnen und Ingenieure bei der MT Aerospace AG. Sie sind vom Potential des kohlefaserverstärkten Kunststoffes überzeugt und wollen es nutzen, schweren metallischen Werkstoff ohne Qualitäts- oder Sicherheitseinbußen zu ersetzen. CFK ist im Automobilbau und beim Sport in Fahrrädern oder Tennisschlägern schon längst Standard. Künftig soll dies auch für Raketenkomponenten gelten.

Smarter Werkstoff CFK
Die MT Aerospace AG zählt zu den führenden Unternehmen im Leichtbau aus Metallen und Verbundwerkstoffen und ist seit Jahrzehnten in der Luft- und Raumfahrt tätig. Hier kommt es oft auf jedes Gramm an. Außerdem auf höchste Präzision und Verlässlichkeit, auf Reproduzierbarkeit und die Einhaltung internationaler Standards. Über fünf Jahrzehnte hinweg konnte dank verschiedener Entwicklungsaufträge (von der Ariane 1 bis zur Ariane 6) und der beauftragten Serienproduktion ein wertvoller Erfahrungsschatz aufgebaut werden. Außerdem verfügen die Augsburger über jahrzehntelange Erfahrung in der Produktion von CFK-Flugzeugtanks (Frisch- und Abwassertanks). Seit fast zehn Jahren betrachten die Werkstoffspezialisten CFK verstärkt für den Einsatz in der Raumfahrt und insbesondere bei Raketenkomponenten. Diese Expertise brachte das Unternehmen bereits bei der erfolgreichen Entwicklung eines Feststoff-Motorgehäuses (Booster) ein.

CFK eröffnet auch im Fertigungsprozess neue Möglichkeiten: Die Verwendung von CFK lässt beispielsweise ein integriertes Design zu, das heißt, es gibt weniger einzelne Komponenten als bei einem metallischen Pendant, dessen einzelne Komponenten sich nicht in einem Fertigungsprozess herstellen lassen, sondern im Nachgang miteinander verschweißt oder montiert werden müssen. Dies wirkt sich weiter positiv auf die Produktkosten aus.

Entwicklungsprojekte im Entwicklungsprojekt
Der Übergang von metallischen auf Verbundwerkstoffe stellt einen Paradigmenwechsel bei Oberstufendesign und -produktion dar. Die dafür notwendigen Entwicklungsaufgaben sind vielfältig: Das Design muss genau wie die Fertigungsprozesse und die Produktionseinrichtungen der Komponenten entwickelt und festgeschrieben werden, der ideale Werkstoff gefunden, die Anlagen z.B. zum automatisierten Ablegen der Kohlenstofffaser sowie zum Aushärten des Bauteils, beschafft und justiert werden, Methoden zum Endbearbeiten sowie zur Qualitätssicherung etwa durch zerstörungsfreie Testmethoden müssen erarbeitet, erprobt und validiert werden. Bei der MT Aerospace widmen sich daher mehr als 40 Ingenieurinnen und Ingenieure ganz unterschiedlicher Fachrichtungen der CFK-Oberstufenentwicklung.

*) Raketenoberstufe: Bei der Entwicklung der künftigen „Black Upper Stage“ wurde die MT Aerospace mit den Tanks für flüssigen Wasserstoff und flüssigen Sauerstoff inklusive der zugehörigen Strukturen betraut. Im Zusammenspiel mit den von ArianeGroup gelieferten Komponenten, wie dem mehrfach zündbaren Vinci-Triebwerk und den verschiedenen fluidischen, hydraulischen und elektronischen Kontroll- und Steuerungssystemen bildet dieses ebenfalls von ArianeGroup integrierte System die Reiseplattform für die Satelliten ins All, bevor sie von der Oberstufe separiert werden und mit eigener Kraft an ihren Zielposition gelangen müssen.

Über MT Aerospace AG
Die MT Aerospace AG ist ein Unternehmen in der Luft- und Raumfahrt mit rund 600 Mitarbeitern an den Standorten Augsburg, Cagliari (Italien), Santiago de Chile und Kourou, Französisch-Guayana. MT Aerospace entwickelt und produziert Schlüsselkomponenten für die Europäische Trägerrakete Ariane, die Airbus-Flugzeugflotte, Raumfahrzeuge und Satelliten. MT Aerospace ist ein Technologieführer in Leichtbau-Strukturen unter Verwendung von Metall und Composite-Materialien. Mit einem Auftragsvolumen von zehn Prozent ist MT Aerospace der größte Lieferant für das Ariane-Programm außerhalb Frankreichs.

Über ArianeGroup
ArianeGroup, als Hauptauftragnehmer der europäischen Trägerraketen Ariane 5 und Ariane 6, ist für die gesamte Produktionskette der Träger verantwortlich – vom Entwurf über die gesamte Produktionskette bis hin zur Vermarktung über sein Tochterunternehmen Arianespace. Mit ca. 7600 hochqualifizierten Mitarbeitern in Frankreich und Deutschland, ist ArianeGroup ein zu gleichen Teilen von Airbus und Safran gehaltenes Joint Venture. Zudem ist der Konzern Hauptauftragnehmer für die ballistischen Trägerraketen der französischen Marine. ArianeGroup und die Tochterunternehmen sind weltweit anerkannte Spezialisten für Raumfahrtausrüstungen und -antriebe, ihr Know-how findet auch in anderen Industriezweigen Anwendung. Der Konzernumsatz betrug im Jahr 2020 rund 2,7 Milliarden Euro.

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• Trägerrakete Ariane 6

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Quelle: ArianeGroup.

Paris – Das Hilfsaggregat APU (Auxiliary Power Unit) der Ariane-6-Oberstufe hat seine letzten Qualifikationstests am französischen ArianeGroup-Standort Vernon abgeschlossen. Seit Beginn der Entwicklung war es bei mehr als 50 Tests insgesamt 137.601 Sekunden (über 38 Stunden) im Einsatz. Integriert in die Oberstufe, ist die Hauptaufgabe dieser innovativen Entwicklung die Bedrückung der Tanks. Dazu zweigt die APU einen kleinen Teil des Flüssigwasserstoffs und -sauerstoffs aus den Tanks ab, heizt diesen mit einem zu 100 % im 3D-Verfahren gefertigten Gasgenerator auf, baut Druck auf und führt ihn wieder in die Tanks zurück.

Durch ihre Vielseitigkeit kann die APU viele andere Aufgaben übernehmen. So ist die APU für die Vorbereitung der mehrfachen Wiederzündungen des Vinci-Triebwerks zuständig, ein weiteres Novum für europäische Trägerraketen. Dazu verdichtet sie den Treibstoff in Richtung des Tank-Bodens, wodurch die Turbopumpen des Vinci-Triebwerks optimal arbeiten können. Dies ist wichtig, da die Schwerelosigkeit sich stark auf das Verhalten von Flüssigkeiten auswirkt. Diese neigen dazu, sich in den Tanks zu verteilen.

Bei Bedarf kann die APU auch zusätzlichen Schub liefern, beispielsweise um die Oberstufe im Orbit anzutreiben. Dies ist insbesondere von Nutzen, um Satelliten-Cluster auszusetzen ein Verfahren, das bei Konstellationen angewendet wird, oder um noch präziser auf die endgültige Umlaufbahn einzuschwenken.

Am Ende der Mission sorgt die vielseitige APU auch dafür, dass die Stufe gemäß dem europäischen Raumfahrtgesetz aus ihrer Umlaufbahn geholt werden kann, indem sie die Stufe in Richtung Erde lenkt, wo sie beim Eintritt in die Atmosphäre verglüht.

„Dieses Antriebssystem trägt entscheidend zur Vielseitigkeit der Ariane 6 bei, insbesondere bei der Aussetzung von Konstellationen“, erklärt ArianeGroup-CEO André-Hubert Roussel. „Mit der Einführung dieser Innovation noch im Entwicklungsstadium sind wir ein Risiko eingegangen. Aber der Erfolg der Qualifikationstests belohnt den technologischen Mut der Teams in Ottobrunn und Vernon. Sie haben es geschafft, ein multifunktionales Instrument zu erfinden und zu entwickeln, das maßgeblich zur Wettbewerbsfähigkeit der Ariane 6 beiträgt.“

Nach dieser erfolgreich gemeisterten Etappe wird die APU mit der allerersten kompletten Ariane-6-Oberstufe, dem HFM (Hot Firing Model), getestet. Sie wird ein zentrales Element für den Erfolg der Heißlauftests sein, die derzeit auf dem eigens dafür gebauten DLR-Prüfstand im Baden-Württembergischen Lampoldshausen vorbereitet werden.

Über ArianeGroup
ArianeGroup, als Hauptauftragnehmer der europäischen Trägerraketen Ariane 5 und Ariane 6, ist für die gesamte Produktionskette der Träger verantwortlich – vom Entwurf über die gesamte Produktionskette bis hin zur Vermarktung über sein Tochterunternehmen Arianespace. Mit ca. 7600 hochqualifizierten Mitarbeitern in Frankreich und Deutschland, ist ArianeGroup ein zu gleichen Teilen von Airbus und Safran gehaltenes Joint Venture. Zudem ist der Konzern Hauptauftragnehmer für die ballistischen Trägerraketen der französischen Marine. ArianeGroup und die Tochterunternehmen sind weltweit anerkannte Spezialisten für Raumfahrtausrüstungen und -antriebe, ihr Know-how findet auch in anderen Industriezweigen Anwendung. Der Konzernumsatz betrug im Jahr 2020 rund 2,7 Milliarden Euro.

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• Trägerrakete Ariane 6

Der Beitrag ArianeGroup: APU bereit für Ariane 6 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA.

Jüngste Tests zeigen, dass leichter, kohlefaserverstärkter Kunststoff stark genug ist, um Metall in den Oberstufenstrukturen von Raketen zu ersetzen. Dies ist ein wichtiger europäischer Meilenstein für die Entwicklung eines Prototyps einer hochoptimierten „schwarzen“ Oberstufe namens Phoebus, einer gemeinsamen Initiative von MT Aerospace und ArianeGroup, finanziert von der ESA.

Das Hauptziel des Phoebus-Projekts ist es, die Nutzlastleistung der Trägerrakete um mehr als zwei Tonnen zu erhöhen, indem die Masse der Oberstufe durch ein neues Design und leichtere Materialien reduziert wird. Gleichzeitig sollen mit Phoebus auch die Produktionskosten gesenkt werden.

Kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK), oder Kohlefaser, ermöglichen neue Architekturen und Funktionskombinationen, die mit Werkstoffen aus Metall nicht möglich sind. CFK ist leicht und von dunkler Farbe und wird für die kryogenen Treibstofftanks sowie die Primär- und Sekundärstrukturen von Phoebus verwendet, daher auch der Name „schwarze“ Oberstufe.

Darüber hinaus ermöglicht das Fertigungsverfahren ein integriertes Layout, das zu einer geringeren Anzahl von Bauteilen als bei einer vergleichbaren Metall-Konfiguration führt und damit die Produktions- und Montagekosten reduziert.

„Zu den technologischen Herausforderungen gehören die Entwicklung der Maschinenfähigkeit, die eine hochpräzise Platzierung der Kohlenstoffverbundwerkstoffe ermöglicht, und die Identifizierung der optimalen nachfolgenden Aushärtungsschritte, um den Verbundstoff zu verfestigen. Die Kohlefaser muss den extrem niedrigen Temperaturen von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff als Treibstoff standhalten und gleichzeitig sicherstellen, dass keine Lecks entstehen“, erklärt Kate Underhill, Triebwerks-Ingenieurin bei der ESA.

„CFK-Material kann mit Sauerstoff chemisch stark reagieren, daher ist die richtige Auswahl eines geeigneten Materialsystems aus Fasern und Harz eine besonders anspruchsvolle Aufgabe. Die Beherrschung dieser Kompatibilität ist ein entscheidender Meilenstein, der nun im Rahmen des Phoebus-Projekts erreicht wurde.“

Bei Versuchen von MT Aerospace auf einem Testgelände von Rheinmetall in Unterlüß, Deutschland, wurde ein kleinskalierter CFK-Tank mit flüssigem Sauerstoff getestet. Während dieser Tests wurde der Tank mehrfach befüllt und entleert, über die Betriebsgrenzen hinaus unter Druck gesetzt und einem Schocktest unterzogen, um sicherzustellen, dass der Sauerstofftank sich nicht entzündet. Der Testtank war mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet, um Druck, Temperatur, Dehnung oder eine mögliche Leckage zu überwachen. Die Analyse der Ergebnisse und die insgesamt gute strukturelle Integrität des Flüssigsauerstofftanks bestätigen die Technologie. Diese Leistung macht den Weg für weitere Aktivitäten frei und zeigt, dass der Phoebus-Demonstrator auf dem richtigen Weg ist.

Die nächsten Schritte sind die Anwendung des CFK-Materials auf ein leckdichtes Design des Flüssigwasserstofftanks und schließlich ein angemessenes Hochskalieren sowie Bodentests des nahezu maßstabsgetreuen Strukturdemonstrators der Phoebus-Oberstufe im Jahr 2023.

Diese Aktivitäten werden im Rahmen des Future Launchers Preparatory Programme des ESA Direktorats für Raumtransport durchgeführt.

Videosequenz von einem Test (Quelle MT Aerospace):
Die Tests zeigen, dass leichter, kohlefaserverstärkter Kunststoff stark genug ist, um Metall in den Strukturen von Raketenoberstufen zu ersetzen.

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Quelle: ArianeGroup.

Die Teams von ArianeGroup in Bremen haben die allererste Oberstufe der Rakete Ariane 6 montiert – mit der „Hochzeit“ der Tanks und dem Triebwerkshalter, der mit dem wiederzündbaren Vinci-Triebwerk ausgerüstet war.

Bei dieser Operation war höchste Präzision gefordert, denn es war das allererste Mal, dass Sauerstoff- und Wasserstofftank der Ariane 6 und das wiederzündbares Vinci-Triebwerk zu einer Einheit zusammengefügt wurden.

Alles lief perfekt. Nun wird die Stufe ihre ersten Tests im Hinblick auf Mechanik, Fluidtransport und Elektrik durchlaufen, bevor sie Ende des Jahres Bremen verlässt. Per Flussschiff wird die Oberstufe dann nach Lampoldshausen (Baden-Württemberg) an den Standort des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) für weitere Test gebracht.

Dort finden die „Heißlauftests“ für die sogenannte HFM-Stufe (Hot Firing Model) statt. Der zugehörige Prüfstand wurde speziell für die Entwicklung der Oberstufe der Ariane 6 konzipiert. Dies ist das erste Mal in der Entwicklungsgeschichte der Ariane 6, dass eine komplette Stufe getestet wird, und nicht nur das Triebwerk.

Ariane 6 ist ein Programm der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), bei dem ArianeGroup die Rakete baut und CNES die Startanlagen. Arianespace übernimmt die Vermarktung.

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• Trägerrakete Ariane 6

Der Beitrag Montage der ersten Oberstufe der Ariane 6 erfolgt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ArianeGroup.

Kundenorientierte Innovation für effiziente, optimierte neue Missionen
Die Ariane 6 ist von Anfang an auf Weiterentwicklungen und die Integration von Innovationen über die gesamte Betriebsdauer ausgelegt. So kann den Anforderungen des Marktes zum richtigen Zeitpunkt entsprochen und die Wettbewerbsfähigkeit noch weiter verbessert werden.

Die Kick-Stage-Lösung, mit der die Ariane 6 noch vielseitiger einsetzbar sein wird, ist ein Vorschlag der ArianeGroup GmbH.
Die Kick-Stage ist eine echte zusätzliche Ariane-6-Oberstufe, die es der Trägerrakete ermöglicht, mehrere Nutzlasten sehr effizient in unterschiedlichen Orbits abzusetzen oder Satelliten mit einem Direkteinschuss in den Zielorbit zu bringen.

Die Kick-Stage wird von dem hocheffizienten, wiederzündbaren BERTA-Triebwerk angetrieben.

Die Kick-Stage-Lösung beruht auf dem Know-how und der Erfahrung der ArianeGroup GmbH. Die Kick-Stage wurde in Bremen, dem europäischen Zentrum für Oberstufen, in enger Abstimmung mit den Triebwerksspezialisten in Ottobrunn und den Kollegen in Lampoldshausen entwickelt. Letztere verantworten das komplexe Subsystem Leitungen und Ventile. Das Know-how, das aus der langjährigen engen Zusammenarbeit zwischen den Standorten Bremen, Lampoldshausen und Ottobrunn bei Entwicklung und Fertigung des Ariane-Systems entstanden ist, ist eine wichtige Stärke.

Die Kick-Stage-Lösung und das BERTA-Triebwerk sind Vorschläge der ArianeGroup GmbH an die Europäische Weltraumorganisation (ESA) im Rahmen des Astris Systementwicklungs- und Qualifikationsprogramms.

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• Trägerrakete Ariane 6

Der Beitrag ArianeGroup: Kickstufe mit BERTA für Ariane 6 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: OHB SE Bremen.

Paris, 14. Mai 2019. Die Europäische Weltraumorganisation ESA hat heute zwei Technologieentwicklungsverträge mit der MT Aerospace AG, einer Tochter der börsennotierten Raumfahrt- und Technologiegruppe OHB SE, sowie der ArianeGroup, Hauptvertragspartner für die Ariane 6, abgeschlossen.

MT Aerospace und die ArianeGroup bündeln ihre jeweiligen Kompetenzen bei der Entwicklung und Erprobung des „Prototype of a Highly OptimizEd Black Upper Stage“ (PHOEBUS) in Augsburg und Bremen. Um die Ariane 6 kontinuierlich wettbewerbs- und leistungsfähiger zu machen, ist die Erforschung und Nutzung von auf Verbundwerkstoffen aufsetzenden Technologien erforderlich.

PHOEBUS soll die Technologiereife für eine optimierte Oberstufe hinsichtlich Kosten- und Gewichtseinsparung und höherer Stufenleistung (Transport von ca. zwei Tonnen mehr Nutzlast in geostationäre Umlaufbahnen) sicherstellen. Ab 2021 werden die resultierenden Systemkomponenten zum Nachweis der Treibstoffverträglichkeit (große Mengen flüssigen Sauerstoffs und Wasserstoffs) sowie zur Darlegung der Befüll- und Entleervorgänge und der Integrität der Primär- und Sekundärstruktur in einen Oberstufen-Demonstrator integriert.

Beide Unternehmen arbeiten eng zusammen, um die Einsatzreife der notwendigen Technologien zu verifizieren: Die ArianeGroup konzentriert sich dabei auf innovative Stufen-Achitekturen sowie der Systemintegration, während sich MT Aerospace vorwiegend um die Werkstoffe und Technologien von aus Verbundwerkstoffen hergestellten Tanks und Strukturen unter kryogenen Bedingungen kümmert. Daraus soll dann die spätere Produktentwicklung einer neuen Oberstufe der Ariane 6 (Icarus-Innovative Carbon Ariane Upper Stage) hervorgehen. Entscheidungen zur vorläufigen Finanzierung erster Schritte einer Oberstufe aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) sollen bei der nächsten ESA-Ministerratstagung, der so genannten Space 19+, am Jahresende getroffen werden.

Über MT Aerospace
MT Aerospace ist ein international anerkanntes Unternehmen in der Luft- und Raumfahrt mit 700 Mitarbeitern an den Standorten Augsburg, Mainz (Deutschland), Cagliari (Italien), Santiago de Chile und Kourou, Französisch-Guayana. MT Aerospace entwickelt und produziert Schlüsselkomponenten für die Europäische Trägerrakete ARIANE, die Airbus Flugzeugflotte, Raumfahrzeuge und Satelliten. MT Aerospace ist ein Technologieführer in Leichtbau-Strukturen unter Verwendung von Metall und Composite Materialien. Mit einem Auftragsvolumen von 10 Prozent ist MT Aerospace der größte Lieferant für das ARIANE-Programm außerhalb Frankreichs.

Über die ArianeGroup
Die ArianeGroup entwickelt und liefert innovative und wettbewerbsfähige Lösungen für zivile und militärische Startanlagen und verfügt über Kompetenzen bei allen Aspekten moderner Antriebstechnologien. Als Hauptvertragspartner für Startanlagen der europäischen Ariane 5 und 6 ist die ArianeGroup sowohl für die Konstruktion als auch die gesamte Fertigungskette bis hin zur Vermarktung durch ihre Tochter Arianespace sowie für die Raketen der ozeanischen Nuklearstreitkräfte Frankreichs zuständig. Die ArianeGroup und ihre Tochtergesellschaften sind weltweit als Experten im Bereich Bestückung und Antrieb von Weltraumanwendungen sowie für den Kompetenztransfer auf weitere Industriezweige bekannt. Die Gruppe ist ein zu gleichen Teilen von Airbus und Safran gehaltenes Gemeinschaftsunternehmen mit etwa 9.000 hochqualifizierten Beschäftigten in Frankreich und Deutschland. Der Ertrag lag 2018 bei 3,6 Milliarden Euro.

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• Trägerrakete Ariane 6

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Quelle: DLR.

Die zukünftige europäische Trägerrakete Ariane 6 soll im Jahr 2020 zum ersten Mal ins All starten. Damit sie alle Nutzlasten sicher auf ihre Umlaufbahnen bringen kann, müssen zuvor die Triebwerke für den neuen Träger ausführlich getestet werden. Für den Test der Oberstufe der neuen Trägerrakete ist am 26. Februar 2019 ein zentraler Schritt erfolgt: Am DLR-Standort Lampoldshausen wurde der neue Prüfstand P5.2 von der DLR-Vorstandsvorsitzenden Prof. Pascale Ehrenfreund, Daniel Neuenschwander, ESA-Direktor für Raumtransport und Pierre Godart, CEO ArianeGroup GmbH, im Beisein zahlreicher Vertreter aus Raumfahrtpolitik, -industrie und Wissenschaft feierlich eröffnet.

Mit dem Prüfstand P5.2 können in Zukunft kryogene Oberstufen unter Bodenbedingungen getestet werden. Die Besonderheit des Prüfstands liegt darin, dass nicht nur Triebwerke oder deren Komponenten – wie auf den anderen Testständen am Standort – sondern die komplette kryogene Oberstufe, das sogenannte „Upper Liquid Propulsion Module“ (ULPM), der europäischen Trägerrakete Ariane 6 getestet werden kann.

„Der neue Prüfstand ist eines der größten Projekte in der Geschichte des DLR-Standorts in Lampoldshausen und europaweit einzigartig. Er ist unsere Antwort auf die neuen Anforderungen im weltweiten Raumtransport: anpassungsfähig in kurzer Zeit, flexibel im Einsatz und kosteneffizient. Dieser Prüfstand spiegelt die strategische und wirtschaftliche Bedeutung des europäischen Raumtransports wider und trägt maßgeblich zum Erhalt eines sicheren, wettbewerbsfähigen und unabhängigen Zugangs zum All bei“, sagte Prof. Ehrenfreund.

„Das DLR-Institut für Raumfahrtantriebe ist ein Leuchtturm des Raumfahrtclusters in Baden-Württemberg, der aus mehr als 80 Unternehmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen besteht. Zu diesem Cluster zählen große Namen wie ArianeGroup am Standort Lampoldshausen, Airbus DS und Tesat, aber auch viele kleine und mittlere Unternehmen. Hier sind aktuell mehr als 4.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter beschäftigt“, sagte Ministerialdirektor Michael Kleiner, Amtschef im Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg, der durch Herrn Claus Mayer vor Ort vertreten wurde.

DLR erschließt das Potenzial flexibler Prüfstände
Die hochkomplexe und extrem leistungsfähige Anlage wurde im Rahmen der Entwicklung der zukünftigen europäischen Trägerrakete Ariane 6 im Direktauftrag der Europäischen Weltraumorganisation ESA entwickelt und gebaut. Der Prüfstand wird aus den deutschen ESA-Beiträgen zum Ariane-6-Entwicklungsprogramm finanziert.

Für die Bereitstellung und Koordination der Mittel ist das DLR Raumfahrtmanagement im Auftrag der Bundesregierung verantwortlich. „In Zeiten des disruptiven Wandels der Raumfahrtbranche weltweit, in denen das Wettbewerbsumfeld mit neuen Playern immer komplexer wird und die Taktung bei Innovationen fortschrittlicher Technologien enorm steigt, ist ein moderner und effektiver Entwicklungs- und Teststandort für flüssige, chemische Raumfahrtantriebe entscheidend für die Zukunftsfähigkeit der deutschen und der europäischen Raumfahrt“, betonte Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand für das Raumfahrtmanagement, und ergänzte: „Der flexible Einsatz der Prüfstände wird dabei zum zentralen Hebel für effizientere Entwicklungs- und Abnahmeprozesse in der Raumfahrt.“

Komplette Stufentests für kürzere Entwicklungszeiten
Der Grundstein für den Prüfstand P5.2 wurde gemeinsam mit den Projektpartnern im Herbst 2014 gelegt. Die Inbetriebnahme durch das DLR-Institut für Raumfahrtantriebe soll bis Ende 2019 erfolgen. Insgesamt wurden rund 50 Millionen Euro investiert. „Diese in ihrer Bauweise einzigartige Anlage ermöglicht den DLR-Ingenieuren sowohl Be- und Enttankungs-, als auch komplette Stufentests, bei denen die Oberstufe mit laufendem Triebwerk betrieben wird“, erläuterte Prof. Hansjörg Dittus, Mitglied des DLR-Vorstands für Raumfahrtforschung und -technologie.

An keinem Standort der europäischen Raumfahrt sei die Verzahnung zwischen Forschung, Entwicklung, Design und Planung sowie Triebwerktests an Großprüfständen für Raumfahrtantriebe so eng wie beim DLR in Lampoldshausen: „Wir verkürzen so die Entwicklungszeiten und erhöhen signifikant den Reifegrad der chemischen, flüssigen Raumfahrtantriebe. Um die Kontinuität des Standorts nach der Ariane-6-Entwicklung zu sichern, werden die Teststände auf Methan-Verbrennung ausgebaut“, ergänzte Dittus. Die geplante Großinvestition in Höhe von 30 Millionen Euro unterstützt die europäischen Pläne zur Entwicklung des neuen Prometheus-Methan-Triebwerks.

Das Testen aller europäischen flüssigen Raumfahrtanriebe gehört zu den zentralen Zukunftsfeldern des DLR in Lampoldshausen. Die Triebwerke der neuen europäischen Ariane-6-Trägerrakete absolvieren vor ihrem Start ins All viele Tausend Testsekunden an den Prüfständen in Baden-Württemberg. „Die Zukunft der europäischen Trägerraketenfamilie und die Zukunft des DLR-Standorts sind eng miteinander verknüpft. Wir bauen auf 60 Jahre Erfahrung, und unser Ziel ist klar: Mit unseren Prüfständen sind wir als europäisches Forschungs- und Testzentrum in der Lage, alle notwendigen Testkampagnen für Flüssigantriebe der Ariane durchzuführen, von der Entwicklung über die Qualifikation bis hin zu Abnahmetests“, sagte Prof. Stefan Schlechtriem, Direktor des DLR-Instituts für Raumfahrtantriebe.

Von Kleinprüfständen zum Testen von Komponenten und Technologiedemonstratoren bis hin zu Großanlagen, wie sie für die Haupt- und Oberstufentriebwerke der Trägerraketen benötigt werden, ist beim DLR in Lampoldshausen alles zentral an einem Ort verfügbar.

7. Industrial Days
Die feierliche Einweihung des neuen Teststands war zugleich der Auftakt der jährlich stattfindenden „Industrial Days“. Unter dem Motto „Test- und Testinfrastruktur zur Sicherung des flexiblen und bezahlbaren Zugangs Europas zum Weltraum“ tauschten sich am 26. und 27. Februar 2019 knapp 140 Experten über die Fortschritte im Raumtransport aus.

„Die Diskussionen haben gezeigt: Es sind nicht nur neue Herstellungsmethoden von Triebwerkskomponenten, sondern auch die Teststrukturen als Ganzes, die über den Erfolg im Raumtransport essentiell mitentscheiden. Für einen sicheren, unabhängigen und bezahlbaren Zugang zum Weltall dürfen wir uns nicht auf Strukturen der Vergangenheit ausruhen. In Lampoldshausen verfügen wir bereits heute über alle notwendigen Anlagen, um sowohl die Ariane 6 als auch alle zukünftigen Raumfahrtantriebe entwickeln und betreiben zu können“, so das Fazit von Prof. Stefan Schlechtriem, der zum siebten Mal zu den Industrial Days nach Lampoldshausen einlud.

P5.2 – Europas neuer Oberstufenprüfstand für Ariane 6 und darüber hinaus
Das DLR Lampoldshausen betreibt einmalige Prüfstände und Anlagen zum Testen von Raketenantrieben, die für die europäische Raumfahrt von entscheidender Bedeutung sind. Diese Testanlagen decken das gesamte Portfolio der Testanforderungen ab. Als europäisches Forschungs- und Testzentrum bündelt das DLR somit wichtige Kompetenzen mit dem Ziel, neue Technologien für flüssige, chemische Raumfahrtantriebe an einem Standort entwickeln und testen zu können.

Mit der Fertigstellung des Prüfstandes P5.2 für die neue Oberstufe der künftigen europäischen Trägerrakete Ariane 6 hat Deutschland eine weitere wichtige technologische Perspektive gewonnen: Mit seiner Hilfe können beim DLR zukünftig nicht nur Triebwerke und einzelne Komponenten, sondern komplette kryogene Oberstufen qualifiziert werden – eine zukunftsweisende Testanlage in Europa, die die führende Position des DLR in diesem Bereich unterstreicht.

Das DLR-Institut für Raumfahrtantriebe
Das DLR-Institut für Raumfahrtantriebe beim DLR in Lampoldshausen betreibt Großprüfstände für Raketentriebwerke. Diese Testanlagen decken das gesamte Portfolio der Testanforderungen ab: vom Komponententest über die Triebwerkstests hin zur Erprobung ganzer Raketenstufen. Es werden sowohl Versuche für Forschung und Entwicklung durchgeführt als auch Qualifikations- und Charakterisierungstests.

Zurzeit testen DLR-Ingenieure an den Prüfständen P5 und P4.1 das Hauptstufentriebwerk Vulcain 2.1 und das Oberstufentriebwerk Vinci für die Ariane 6 im Auftrag der ArianeGroup. Diese Tests sind ein wichtiger Meilenstein bei der Entwicklung der künftigen europäischen Trägerrakete Ariane 6, die Europas unabhängigen Zugang zum Weltraum weiterhin sichern soll.

Der Beitrag DLR und ESA weihen Prüfstand P5.2 ein erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Tobias Willerding. Quelle: Elon Musk, SpaceX. Vertont von Peter Rittinger.

Nach dem Absturz der Falcon 9 am 28. Juni bei einer ISS-Versorgungsmission war es für mehrere Wochen still geworden um SpaceX und Elon Musk. Normalerweise ist Musk keiner, der die Öffentlichkeit scheut, sondern sie gezielt mit kleinen Informationsbrocken versorgt, um das öffentliche Interesse und die Spekulationen am Laufen zu halten. Diesmal war jedoch Funkstille. Diese wurde gestern gebrochen als Elon Musk die vorläufigen Untersuchungsergebnisse auf einer Telefonkonferenz präsentiert hat und sich den Fragen der Journalisten stellte.

Der Fehlstart
Der Falcon 9 Start am 28. Juni verlief zunächst tadellos. Jedoch bildete sich bei crica 136 Sekunden nach dem Start eine weiße Wolke um die Rakete, sodass sie aus dem Sichtfeld verschwand. Als sich die Wolke lichtete, war die Rakete plötzlich verschwunden. Sofort war klar, dass der Start gescheitert ist. Dragon separierte noch von der Rakete, stürzte jedoch dann ins Meer. Bereits kurz nach dem Start konnte man nach Analyse des Bildmaterials sehen, dass aus der Oberstufe eine weiße Wolke aus Sauerstoff entwichen ist. Elon Musk bestätigte auch via Twitter, dass es ein Überdruckereignis in der Oberstufe gegeben hatte.

Auf der Telefonkonferenz hat Musk nun das Heliumsystem als Auslöser des Überdruckes benannt. Es kam jedoch nicht zu einem Platzen einer der Heliumtanks im Inneren des Flüssigsauerstofftanks, sondern vielmehr hatte sich die Halterung des Heliumtanks gelöst. Das schließt man aus den Daten verschiedener Beschleunigungssensoren an der Rakete. Bei einem Platzen des Heliumtanks hätte es eine andere Systemantwort gegeben.

Die Heliumtanks sind mit Holmen am Boden des Flüssigsauerstofftanks befestigt. Da Helium leichter ist als flüssiger Sauerstoff, hat der Tank massiven Auftrieb und muss mit den Holmen am Boden gehalten werden. Je höher die Beschleunigung der Rakete ist, desto höher ist der Druck im flüssigen Sauerstoff und desto höher ist die Auftriebskraft, die den Heliumtank am Boden halten muss.

Durch den Riss des Holms schnellte der Heliumtank nach oben und die strukturelle Integrität vom Heliumsystem versagte. Durch den Austritt von Helium kam es dann zum Reißen des Oberstufentanks.

Der Holm
Die Holme bezieht SpaceX von einem externen Zulieferer und sie sind zertifiziert vom Zulieferer für eine nominelle Last von 10.000 lbf (44 kN). Während dem Flug treten maximale Lasten von 3.500 lbf (16 kN) auf dem Holm auf, es gibt also einen Sicherheitsfaktor von ca. 3. Zum Zeitpunkt der Anomalie herrschte eine Last von ca. 2000 lbf (9 kN). Das sorgte für einige Verwunderung bei SpaceX, ob denn manche Holme nicht einmal 20% der zertifizierten Last vom Hersteller halten.

Daraufhin hat SpaceX einige Holme vom Hersteller selbst getestet und einige sind bei weniger als der zertifizierten Laste gerissen – nicht jedoch bei den 9 kN, die im Flug geherrscht haben. Da es jedoch keine andere Erklärung für die Unglücksursache gab, hat Musk angeordnet, dass sämtliche Holme bei SpaceX auf Lager getestet werden und bei ca. 1000 Tests ist tatsächlich ein Holm bei ca. 9 kN gerissen.

Diese experimentelle Verifikation der These macht dies zur wahrscheinlichen Unglücksursache. Weitere Untersuchungen in alle Richtungen sollen jedoch folgen.

Elon Musk rechnet mit dem nächsten Falcon 9 Start für Ende September. Dies kann sich jedoch noch weiter verzögern, falls weitere Anomalien identifiziert werden. Die Falcon Heavy soll jetzt im April abheben. Nichtsdestoweniger beabsichtigt SpaceX im Jahre 2015 noch alle für 2015 geplanten Kunden zu fliegen laut einem Statement auf der Webseite. Laut Musk bedeutet der Fehlstart einen größeren finanziellen Verlust für SpaceX in der Größenordnung von mehreren 100 Millionen Dollar. Da SpaceX jedoch kürzlich eine Milliarde Dollar Investment von Google eingesammelt hat, dürften die finanziellen Verluste abfangbar sein.

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Ein Beitrag von Martin Knipfer.

Die Oberstufe des Space Launch Systems (SLS) soll dazu dienen, die Nutzlast endgültig auf die vorgesehene Bahn zu befördern. Sie soll auf einem Stufenadapter auf die Kernstufe aufgesetzt und an dem oberen Ende der Oberstufe mit der Nutzlast verbunden werden. Nach dem Abwurf der Kernstufe wird die Oberstufe gezündet. Insgesamt sind drei verschiedene Oberstufen für das SLS vorgesehen:

1. ICPS (Interim Cyrogenic Propulsion Stage)
Diese Oberstufe ist eine Übernahme von der im Einsatz befindlichen Delta IV-Trägerrakete. Nur leichte Modifikationen sollen getätigt werden, wie etwa eine Verlängerung des LH2-Tanks, zusätzliche Hydrazin-Tanks für die Lageregelung und geringfügige Veränderungen der Avionik. Bei der Delta IV dient die ICPS als Delta Cryogenic Second Stage (DCSS) bereits mit hoher Zuverlässigkeit seit mehreren Jahren als Zweitstufe. Sie soll nur bei der Block I-Version des SLS eingesetzt werden, die lediglich für die ersten SLS-Flüge vorgesehen ist. Angetrieben wird die Stufe von einem einzigen RL-10B2 Triebwerk. Es verfügt über eine ausfahrbare Düse aus Kohlenfaser und ist in der Lage, einen Schub von 110 kN und einen spezifischen Impuls von 462 s zu erzeugen. Seine Höhe beträgt 4,14m, sein Durchmesser 2,21 m und sein Gewicht 277 kg. Es verwendet die Treibstoffe LH2 (flüssiger Wasserstoff) und LOX (flüssiger Sauerstoff), die in zwei Tanks der Oberstufe aufbewahrt werden. Insgesamt wiegt der Treibstoff 27.200 kg, die gesamte Oberstufe 30.710 kg. Sie misst 13,7m in der Länge und 5m im Durchmesser. Folgende Nutzlastdaten kann das SLS mit ihr erreichen:

LEO (Low Earth Orbit – niedriger Erdorbit): 70t
Mond: 24t
Mars: 20,2 t
Europa: 2,9 t
Uranus : 0,13 t

2. EUS (Exploration Upper Stage)
Diese Oberstufe ist eine Neuentwicklung. Sie wäre weitaus leistungsfähiger als die ICPS und würde daher wohl auch häufiger zum Einsatz kommen. Im Moment führt die Herstellerfirma Boeing Studien bezüglich dieser Oberstufe durch. Die EUS soll bereits beim ersten bemannten Flug des SLS, Exploration Mission 2, geplant Ende 2021, zum Einsatz kommen. Verschiedene Triebwerkskombinationen wurden vorgeschlagen, um die EUS anzutreiben:

vier RL-10B2 Triebwerke mit je 110 kN Schub
zwei MB60 Triebwerke mit je 250 kN Schub
ein J2-X Triebwerk mit 1307 kN Schub

Letzten Endes wurde entschieden, das RL-10 Triebwerk zu verwenden. Die EUS soll ähnlich der ICPS aufgebaut sein: Oben befindet sich ein LH2-Tank mit 8,4m Durchmesser. Da dieser Durchmesser mit dem der Kernstufe des SLS übereinstimmt, kann der Tank mit denselben Gerätschaften in der MAF (Michoud Assembly Facility) gefertigt werden. Mit einer X-Struktur aus Kompositmaterialien ist er mit dem 5,5m durchmessenden LOX-Tank verbunden, an dem wiederum die vier RL-10C1 Triebwerke angebracht sind. Insgesamt wiegt die EUS 119,182 t und wird etwa 19 m lang sein. Mit ihr verfügt das SLS über folgende rechnerische Nutzlastdaten:

LEO: 93,1 t
Mond: 38,1 t
Mars: 31,7 t
Europa : 8,1 t
Uranus : 1,7 t

3. EDS (Earth Departure Stage)
Diese Oberstufe sollte ab 2032 in der leistungsgesteigerten Block II-Version des SLS zum Einsatz kommen. Sie wäre 24m lang und ebenfalls 8,4 m im Durchmesser gewesen und von zwei J2-X Triebwerken angetrieben worden. Dieses Triebwerk wurde bereits im Rahmen des inzwischen gestrichenen Constellation-Programms entwickelt und bereits einige Male zu Testzwecken gezündet. Das SLS hätte mit der EDS über eine Nutzlast von 130 t in den LEO verfügt. Jedoch gilt es inzwischen als am Wahrscheinlichsten, dass statt der Earth Departure Stage lediglich die EUS sowie die verbesserten Booster, deren Entwicklung bereits begonnen hat, bei der Block II-Version des SLS zum Einsatz kommen. Letztere SLS-Variante wäre laut Plan dazu in der Lage, sogar 155 t in den LEO und 45 t auf eine Fluchtbahn von der Erde weg zu befördern.

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Autor: Daniel Maurat.

Geschichte

Im Verlauf der 1970er- und 1980er Jahre erlernte Japans Raumfahrtindustrie mit den in Lizenz gebauten Raketen N-1 und N-2 den Umgang mit großen Flüssigtreibstoffraketen und konnte diese auch erfolgreich einsetzten. Doch war von Anfang an klar, dass der Lizenzbau von amerikanischen Delta-Raketen kein dauerhafter Zustand sein könnte. Japans Raumfahrtindustrie, welche die damals zweitgrößte Volkswirtschaft der Welt und darüber hinaus eine der fortschrittlichsten, musste lernen, eigene Raketen zu entwickeln, zu bauen und zu starten.

Doch war man in Japan in den 1980er Jahren noch nicht ganz so weit, sondern es musste ein Zwischenschritt gemacht werden in Form einer neuen Oberstufe für die N-2. Diese neue Oberstufe sollte die kryogenen Treibstoffkombination aus flüssigem Wasserstoff (LH₂) als Treibstoff und als Oxidator flüssigen Sauerstoff (LOX) nutzen und größtenteils in Japan entwickelt und gebaut werden. Mit dem Herzstück der Entwicklung, das Oberstufentriebwerk LE-5, wurde eine erfahrene Firma in Japans Raumfahrtindustrie betraut: Mitsubishi Heavy Industries, welche auch schon die Erststufe der N-Serie in Lizenz fertigte.

Neben der Zweitstufe wurde auch eine neue Drittstufe entwickelt, die ihren amerikanischen Vorgänger ersetzen sollte. Die Entwicklung dieses Triebwerks fiel Nissan zu, die sich in Japan am besten mit Feststofftriebwerken auskannte und sowohl die Startbooster der Rakete als auch die Raketen der My-Serie fertigte. Diese neue Drittstufe sollte vor allem Satelliten auf ihrer endgültigen Umlaufbahn bringen, vor allem bei einem Start in den geostationären Orbit.

Technik

Die H-1 verfügte, wie schon ihre Vorgänger, über drei Stufen sowie über Startbooster:

• Die Booster vom Typ Castor 2 wurden schon bei den Raketen der N-Serie genutzt und stammen eigentlich aus dem Delta-Programm. Man nutzte zur Startunterstützung neun dieser Raketen, wie schon in der N-2 und den Delta-Raketen. Ein Booster an sich war 7,57 m lang, hatte einen Durchmesser von 79 cm und wog voll betankt 4,47 t. Das Thiokol TX-354-5-Feststofftriebwerk, welches bei Nissan produziert wurde, lieferte einen Schub von 157 kN bei einer Brenndauer von 40 Sekunden. Als Treibstoff nutzte man den Festtreibstoff HTPB.
• Die erste Stufe vom Typ ELTTA Thor war die Gleiche, die auch in der N-2 genutzt wurde. Ursprünglich war sie die Erststufe der Delta 1000-Klasse, bevor sie in Japan in Lizenz gebaut wurden. Die von Mitsubishi Heavy Indutries produzierte Stufe war 22,05 m lang, hatte einen Durchmesser von 2,44 m und wog voll betankt 85,5 t. Ein Rocketdyne MB-3-3-Triebwerk, welches lizenziert bei Ishikawajima produziert wurde, lieferte einen Schub von 765 kN (auf Meereshöhe) und brannte 260 Sekunden lang. Als Treibstoff nutze man RP-1, als Oxidator LOX.
• Die Zweitstufe war die größte Weiterentwicklung der H-1. Mit ihr wurde erstmals eine kryogene Stufe in Japan entwickelt, gefertigt und gestartet. Die Stufe an sich war 10,30 m lang, hatte einen Durchmesser von 2,49 m und wog voll betankt auf der Startrampe 10,6 t. Das einzelne Triebwerk vom Typ LE-5 hatte dabei einen Schub von 103 kN bei einer Brenndauer von 357 Sekunden. Als Treibstoff wurde LH₂ genutzt, als Oxydator LOX.
• Die Drittstufe wurde genauso wie die zweite in Japan entwickelt und gefertigt. Sie konnte dabei optional in der Rakete eingesetzt werden. Das auf den Namen UA-129 A getaufte Feststofftriebwerk hatte eine Länge von 2,34 m bei einem Durchmesser von 1,32 m und einem Gewicht von 2,3 Tonnen. Das bei Nissan gefertigte Triebwerk lieferte für eine Brenndauer von 68 Sekunden einen Schub von 77,5 kN. Als Treibstoff nutzte man den Standardtreibstoff HTPB.

Starts

Die H-1 wurde in den Jahren zwischen 1986 und 1992 insgesamt neun Mal eingesetzt, wobei jeder Start ein Erfolg war. fünf Starts wurden dabei mit Drittstufe und neun Startboostern durchgeführt, einer mit nur sechs Boostern plus Drittstufe und die restlichen drei ohne, aber dafür mit neun Boostern. Mit ihr wurden vor allem Forschungs- und Technologieerprobungssatelliten für die japanische Weltraumbehörde NASDA in den Weltraum gestartet, da der Preis der Rakete im Vergleich zu den kommerziell eingesetzten Raketen aus Europa in Form der Ariane 2, 3 und 4 sowie den amerikanischen Atlas und Delta einfach zu hoch war. Dieser Nachteil und die Tatsache, dass die Rakete zum Teil immer noch ein Lizenzbau aus den USA war, führten zur Einstellung ihres Betriebs und zur Entwicklung einer neuen Rakete, nämlich der H-II.

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