31.07.2023

Nachhaltige Treibstoffe für die Raumfahrt

Neues Start-Up erprobt Lachgas und Ethan als Alternative zu Hydrazin.

Weltweit wird an umweltfreundlichen Alternativen zum Hydrazin (N2H4) geforscht, das als Treibstoff für Satelliten­triebwerke in der Raumfahrt eingesetzt wird. Zwei vielver­sprechende Produkte aus dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR sollen nun in den Weltraum und gleichzeitig auf den Markt gebracht werden. Lukas Werling und Felix Lauck aus dem DLR-Institut für Raumfahrt­antriebe in Lampolds­hausen gründen dazu das Start-up InSpace­Propulsion Technologies.

Abb.: In diesem Triebwerk wird ein Treibstoff aus Lachgas und Ethan erprobt....
Abb.: In diesem Triebwerk wird ein Treibstoff aus Lachgas und Ethan erprobt. (Bild: DLR)

Die beiden Wissenschaftler forschen seit vielen Jahren im DLR an fortschrittlichen Raketen­treibstoffen. „Dabei wurde der Bedarf des Raumfahrt­marktes an kostengünstigen und trotzdem zuver­lässigen Antriebs­lösungen immer offensichtlicher. Das gilt gerade auch für den New-Space-Bereich, in dem der Einsatz des teuren und giftigen Hydrazins oft gar nicht denkbar ist“, sagt Felix Lauck. „New Space“ bezeichnet die Kommerziali­sierung der Raumfahrt und ihre enge Verbindung mit der Wirtschaft.

HyNOx, eine der beiden entwickelten Antriebs­technologien, hat eine vergleichsweise hohe Leistung, ist sicher in der Handhabung und kostengünstig. Bei der zweiten Technologie handelt es sich um eine selbst­zündende Treibstoff­kombination mit dem Namen HIP_11, die vom DLR patentiert wurde. Beide Entwicklungen ergänzen sich: „HyNOx eignet sich für kleine und leichte Satelliten oder Raumfahrzeuge. HIP_11 hingegen bietet Vorteile bei größeren und schwereren Raum­fahrzeugen“, erklärt Lukas Werling. 

HyNOx ist ein Zweikomponenten­treibstoff und besteht aus Lachgas (N2O) und Ethan (C2H6). Die Komponenten sind weltweit gut verfügbar. Zusätzlich werden die passenden Triebwerke im 3D-Druck Verfahren hergestellt, was Kosten reduziert und kurze Herstellungs­zeiten ermöglicht. HyNOx Treibstoffe wurden sowohl als vorgemischter Einkompo­nenten-Treibstoff, als auch als klassischer Zweikomponenten­treibstoff erprobt. „In inzwischen mehreren tausend Heißläufen am Prüfstands­komplex M11 in Lampoldshausen zeigte sich das Potenzial des Treibstoffs. Die Ausgründung fokussiert sich dabei auf die Anwendung von HyNOx als Zweikomponenten­treibstoff“, sagt Lukas Werling. Die Basis für die Entwicklungen bilden zahlreiche DLR-interne sowie von der ESA geförderte Projekte.

Den Treibstoff „HIP_11“ – Hypergolic Ionic Propellant developed at M11 – hat Felix Lauck im Rahmen seiner Doktorarbeit entwickelt. Versuche verliefen erfolgreich, zusätzlich wurde der Treibstoff patentiert. „Eine Komponente von HIP_11 ist konzentriertes Wasserstoff­peroxid, ein leistungsstarker und gut zu handhabender Oxidator. Bei der zweiten Komponente handelt es sich um ein Salz, das eine sehr geringe Schmelztemperatur aufweist und damit bei Raumtemperatur flüssig ist. Sobald dieses Salz mit Wasserstoff­peroxid in Kontakt ist, reagieren die Stoffe miteinander und es kommt zur Zündung“, erklärt Felix Lauck. Diese selbstzündende Eigenschaft heißt „hypergol“. Die hypergole Zündung ist sehr zuverlässig. Selbst­zündende Treibstoffe auf Hydrazin-Basis werden für viele Raumfahrt-Antriebe eigesetzt. „Bei HIP_11 handelt es sich nun um einen alternativen Treibstoff, der eine vergleichbare Leistung wie konven­tionelle Treibstoffe bietet. Er ist jedoch viel einfacher zu handhaben. Auch das reduziert die Kosten von HIP_11-Antrieben gegenüber konven­tionellen Technologien deutlich“, sagt Felix Lauck.

Die beiden InSpace­Propulsion-Technologies-Gründer möchten mit ihren im DLR entwickelten Technologien eine kosten­günstige und nachhaltige Raumfahrt voranbringen. Bereits kurz nach dem Start ihres Ausgründungs­projekts erhielten Felix Lauck und Lukas Werling die ersten Absichts­erklärungen der Industrie. „Die Technologien stoßen auf großes Interesse“, sagt Lukas Werling. Auch mit dem DLR wird eine starke und langfristige Kooperation angestrebt. Schon im kommenden Jahr sollen die Triebwerke und Systeme im All erprobt werden.

DLR / JOL

Weitere Infos

Virtuelle Jobbörse

Virtuelle Jobbörse
Eine Kooperation von Wiley-VCH und der DPG

Virtuelle Jobbörse

Innovative Unternehmen präsentieren hier Karriere- und Beschäftigungsmöglichkeiten in ihren Berufsfeldern.

Die Teilnahme ist kostenfrei – erforderlich ist lediglich eine kurze Vorab-Registrierung.

ContentAd

Kleinste auf dem Markt erhältliche Hochleistungs-Turbopumpe

Kleinste auf dem Markt erhältliche Hochleistungs-Turbopumpe

Die HiPace 10 Neo ist ein effizienter, kompakter Allrounder für den Prüfalltag, der geräuscharm und besonders energieeffizient ist.

Meist gelesen

Themen