Spaceshuttles mit Ecken und Kanten?

Zehn Minuten dauerte der Flug – dann landete das kantige Raumfahrzeug Shefex-II wieder westlich von Spitzbergen. Die Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) starteten die sieben Tonnen schwere und fast 13 Meter lange Rakete mit ihrer Nutzlast am 22. Juni 2012 um 21.18 Uhr von der norwegischen Raketenstation Andøya – nach mehreren Tagen wetterbedingtem Aufschubs. Beim Wiedereintritt in die Atmosphäre überstand Shefex Temperaturen von über 2500 Grad Celsius und sendete Messdaten von über 300 Sensoren zum Boden. „Mit dem Flug von Shefex-II sind wir wieder einen Schritt weiter auf dem Weg, ein Raumfahrzeug zu entwickeln, das einfach gebaut ist wie eine Raumkapsel, aber Steuerungs- und Flugmöglichkeiten hat wie zum Beispiel das Space Shuttle – nur deutlich billiger“, sagt Projektleiter Hendrik Weihs.

Bereits seit zehn Jahren entwickelt das DLR mit dem Shefex-Programm eine Technologie, mit der ein Flugkörper nach einem Flug ins Weltall wieder unbeschadet in die Atmosphäre eintreten und landen kann. Eckig und kantig ist der Flugkörper Shefex – seine Struktur besteht aus ebenen Flächen, die sich einfacher und somit kostengünstiger als die üblichen abgerundeten Formen hergestellen lassen. Auch aerodynamisch sind die scharfen Kanten vorteilhaft. Um die hohen Temperaturen zu beherrschen, die beim Eintritt in die Atmosphäre an diesen Ecken entstehen, entwickelten und testeten die DLR-Wissenschaftler verschiedene Hitzeschutzsysteme.

Das Raumfahrzeug Shefex-I, das am 27. Oktober 2005 startete, sammelte erstmals Daten während eines realen Flugs. Damals trat der Flugkörper mit siebenfacher Schallgeschwindigkeit in die Atmosphäre ein, der Flug durch die Atmosphäre dauerte 20 Sekunden. Shefex-II hingegen flog bereits mit 11.000 Kilometern in der Stunde und somit elffacher Schallgeschwindigkeit durch die Atmosphäre. Dabei erreichte der Flugkörper eine Höhe von etwa 180 Kilometern.

Die fliegende Experimentplattform Shefex ist eine Gemeinschaftsarbeit von sechs DLR-Instituten: Das Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik führte unter anderem zahlreiche Windkanalversuche durch, berechnete das Strömungsfeld beim Wiedereintritt und stattet den Flugkörper mit Sensoren für die Messung von Temperatur, Druck und Wärmebelastung aus. Das Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung fertigte den Flugkörper an und entwarf und produzierte unter anderem die keramischen Thermalschutzsysteme. Bei einem dieser Hitzeschutzsysteme strömt während des Wiedereintritts Stickstoff durch eine poröse Kachel und kühlt so den Flugkörper. Das Institut für Flugsystemtechnik testete Canards, Steuerflächen, mit denen Shefex-II seine Lage aktiv steuert. Das Institut für Werkstoffforschung stellte unter anderem keramische Kacheln her, das Institut für Raumfahrtsysteme entwickelte eine Navigationsplattform zur Lagebestimmung des Raumfahrzeugs während des Flugs. Die Mobile Raketenbasis Moraba des DLR steuerte unter anderem das zweistufige Trägersystem hinzu, lenkte die Rakete und empfing die Daten, die Shefex während des Flugs sendete.

„Der Flug von Shefex-II ist wieder ein Schritt hin zu einem Raumflugkörper, der höhere Temperaturen übersteht bei größerer Geschwindigkeit und längerer Dauer“, sagt Weihs. Mehr als 300 Sensoren erfassten während des Flugs unter anderem Temperatur und Druck. Diese Daten empfingen die Forscher noch während des Flugs. „Wir haben eine Flut an Daten, die auch noch in den nächsten Jahren verwendet werden können.“ 2016 könnte Shefex-III starten, der deutlich schneller fliegen, einem Raumgleiter ähneln und 15 Minuten in der Atmosphäre bleiben soll. Ziel der Forschung ist es, mit diesen Daten dann einen Flugkörper zu entwickeln, der nach seinem Start über Tage hinweg Experimente in der Schwerelosigkeit ermöglicht und anschließend unbeschädigt wieder auf dem Boden landen soll.

DLR / OD