Quelle: ESA/Enabling&Support/SpaceTransportation/FutureSpaceTransportation, 4. Februar 2026

Einen funktionierenden Raketenantrieb zu bauen ist eine Sache, ihn jedoch stabil und wiederholbar zu zünden, ist eine technische Meisterleistung für sich. Jeder, der schon einmal in einem Auto festsaß, das nicht anspringen wollte, kennt diese Frustration, aber sobald ein Motor einmal läuft, läuft er in der Regel auch weiter. Das liegt daran, dass sich der ausgeschaltete Zustand eines Motors völlig vom eingeschalteten Zustand unterscheidet und dass für den Startvorgang Energie zugeführt werden muss, um die Verbrennung im Motor in Gang zu setzen.

Da Europa zunehmend auf wiederverwendbare Trägerraketen setzt, werden Technologien entwickelt, die für die Zündung neuer Raketentriebwerke, aber auch für deren Wiederzündung während des Fluges erforderlich sind. Die Exploration Company mit Sitz in Bordeaux, Frankreich, hat eine innovative Art der Zündung vorgestellt, bei der nur die Treibstoffe selbst zum Einsatz kommen.

Grundprinzip der Resonanzzündung

Die Resonanzzündung erzeugt hochfrequente Wellen in einem geformten Hohlraum. Durch die Wechselwirkung der Wellen kommt es zu einer Resonanz, welche die Treibstoffe erhitzt, bis sie entzünden. Anstelle von Funken, pyrotechnischen Vorrichtungen oder Plasmabrennern erzeugt das System selbstverstärkende Druckwellen, welche die Temperatur des Treibstoffgases schnell erhöht. Treibstoffgemische werden in gasförmiger Form durch eine „Resonanzdüse” in einen Hohlraum eingespritzt. Wenn die Form der Düse und des Hohlraums aufeinander abgestimmt sind, prallen die Treibstoffe im Hohlraum hin und her und erzeugen stehende Wellen: Eine Gaswelle, die sich in eine Richtung bewegt, trifft auf die Welle, die in die entgegengesetzte Richtung zurückkehrt. Diese Wellen treffen an Punkten, die als Knotenpunkte bezeichnet werden, aufeinander, was zu hohen Druckschwankungen führt und die Temperatur des Gases erhöht. Stehende Wellen sind die Grundlage dafür, wie Blasinstrumente wie Flöten Töne erzeugen, und dieses Phänomen wird auch in Kopfhörern mit Geräuschunterdrückung genutzt, bei denen entgegengesetzte Schallwellen gesendet werden, um unerwünschte Geräusche auszugleichen.

Sie können sogar Ihre eigene stehende Welle erzeugen, indem Sie versuchen, einen Ton zu erzeugen, indem Sie Luft über einen Flaschenhals blasen.

Fein abgestimmter Resonanzzünder für wiederverwendbare Raketentriebwerke

Die Exploration Company untersucht dieses Phänomen als neuartige Technik zum Starten ihrer Raketentriebwerke, für die keine externen Zündvorrichtungen erforderlich sind, sondern lediglich eine Resonanzdüse und ein Resonanzhohlraum. Ein Vorteil von Resonanzzündern ist, dass sie wiederholt verwendet werden können, wenig Strom verbrauchen, keine zusätzlichen Teile erfordern und daher leicht sind. Aktuelle Technologien für Raketentriebwerke verwenden Zündkerzen, die eine hohe Spannung erfordern, Glühkerzen, die Zeit zum Aufwärmen benötigen, oder Zündbrenner.

Die erste Testreihe wurde im November 2025 abgeschlossen und zeigte, dass die Technologie funktioniert. Dadurch konnte The Exploration Company Know-how über die Funktionsweise des Geräts entwickeln und die für eine erfolgreiche, schnelle und wiederholbare Zündung erforderliche Geometrie besser verstehen. Es wurden verschiedene Konfigurationen getestet und Zündungsmodi analysiert. Die Daten aus dieser Testreihe werden zur Entwicklung einer weiteren Version des Geräts beitragen, das in die Vorverbrennungsanlagen des Programms für Hochschubtriebwerke mit gestufter Verbrennung der Exploration Company integriert werden soll.

Der Test wurde im Rahmen eines 9-Millionen-Euro-Vertrags der Europäischen Weltraumorganisation als Teil der Initiative „Technologies for High-thrust Re-Usable Space Transportation” (Thrust!) durchgeführt.

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• Nyx – The Exploration Company

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Quelle: DLR,Raketenantriebstechnologie, 17. September 2024

Detonationen sind thermodynamisch betrachtet effizienter als die allgemein bekanntere Deflagration (klassische Verbrennung). Während die klassische Verbrennung in Raketentriebwerken bei konstantem Druck oder sogar unter leichtem Druckverlust abläuft, erhöht sich der Druck bei einer Detonation stark. Ein Raketentriebwerk, das auf einem Detonations-Triebwerk beruht, wäre somit theoretisch in der Lage einen signifikanten Effizienzgewinn und somit Leistungssteigerung zu erreichen. Aus diesem Grund steigt in den letzten Jahren das Interesse an Detonations-Triebwerken sowohl für Gasturbinen im Energiebereich als auch im Raketentriebwerksbereich stark an. Ein vielversprechender Ansatz ist dabei das sogenannte Rotations-Detonations-Triebwerk, bei dem Detonationswellen fortlaufend in einer ringförmigen Brennkammer in einem Zylinderspalt umlaufen und somit einen quasi-stationären Schub erzeugen.

Neues Forschungsgebiet für Verbrennungen in einer Brennkammer

Die Gruppe „Verbrennungsdynamik“ der Abteilung Raketenantriebstechnologie hat sich zum Ziel gesetzt, Expertise zur Auslegung, Betrieb und Untersuchung von Rotations-Detonations-Triebwerken für Raketenantriebe zu gewinnen.

In einem ersten Schritt wurde eine kleinskalige, kapazitiv gekühlte Ringbrennkammer ausgelegt und gefertigt. Die Brennkammer aus Kupferlegierung hat einen Außendurchmesser von 68 mm und aufgrund der modularen Bauweise können unterschiedliche Konfigurationen getestet werden. Kapazitativ gekühlte Brennkammern besitzen keine Kühlkanäle und funktionieren damit wie ein Wärmespeicher.

Erste Ergebnisse in Testkampagnen gewonnen

Das beschriebene Experiment wurde bisher in rund 100 Heißgasversuchen an den Prüfständen M3.1 und M11 getestet. Dabei wurde hauptsächlich die Treibstoffkombination aus Wasserstoff und Sauerstoff untersucht. In einigen Versuchen wurde ebenfalls gasförmiges Methan als Treibstoff eingesetzt. Die Massenströme wurden zwischen 15 g/s und circa 250 g/s variiert. Dies demonstriert somit die Drosselbarkeit von Rotations-Detonations-Triebwerken.

Aufgrund der kapazitiven Kühlung liegen die Versuchszeiten bei maximal 1,5 Sekunden. Bei der Detonationsgeschwindigkeit von mehreren Kilometern pro Sekunde entstehen Wellenfrequenzen im Ringspalt im Kilohertz-Bereich, sodass sogar bei kurzen Versuchszeiten gewährleistet ist, dass eine Welle in dieser Zeit mehrere Tausend Mal umläuft.

Die sehr hohe Umlaufgeschwindigkeit und kurze Dauer der Druckwellen stellt eine große Herausforderung an die Messtechnik zur Untersuchung der Wellendynamik dar. So wurde für die Auflösung der Druckwellen ein neues Messsystem verwendet, das Drucksignale mit bis zu 4 MHz aufzeichnen kann. Insbesondere werden die umlaufenden Wellen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera mit 180.000 Bildern pro Sekunde aufgezeichnet.

Durch den Einsatz dieser Messtechnik kann die Anzahl der Wellen, deren Geschwindigkeit und Laufrichtung in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen analysiert werden. So wurde beispielsweise ein Zustand identifiziert, bei welchem drei gleichmäßig umlaufende Wellen über mehrere Perioden stabil existieren. Die Geschwindigkeit dieser Wellen ist hierbei höher als 2.000 m/s. Die Auswertung weiterer Testbedingungen einer erst kürzlich abgeschlossenen Testkampagne soll weitere Einblicke in die Wellendynamik bringen.

Aufgrund der erarbeiteten Expertise des DLR-Instituts für Raumfahrtantriebe zur Forschung an Roations-Detonations-Triebwerken in Bezug auf Raketenantriebe, den vorhandenen Testkapazitäten und der langjährigen Erfahrung mit Messystemen für hochdynamische Verbrennungsprozesse, wurden Kooperationen mit mehreren nationalen und internationalen Partnern etabliert.

Publikationen

AIAA SciTech Forum
Experimental Investigation of a Small-Scale Oxygen-Hydrogen Rotating Detonation Rocket Combustor

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• Rotating Detonation Rocket Engine

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