Stärkeres Triebwerk für Ariane 6

Das neue Triebwerks­modell ETID – Expander-Cycle Techno­logy Inte­grated Demonstrator –, das für Schwerlast­raketen der nächsten Generation wie Ariane-6 eingesetzt werden soll, hat seinen ersten Brenntest erfolg­reich bestanden: Dieses Ergebnis präsen­tierten nun Experten der Euro­päischen Weltraum­organisation ESA, des Raumfahrt­unternehmens ArianeGroup GmbH und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR. Der ETID-Antrieb war am 14. Juni am Prüfstand P3.2 am DLR-Standort Lampolds­hausen getestet worden. Bereits zwei Tage zuvor konnte das Triebwerk erstmalig erfolg­reich gezündet werden.

„Seit rund vier Jahren arbeiten wir mit unseren Partnern an einem neuen Antrieb für die Träger­raketen von morgen“, erklärt Lysan Pfützen­reuter, Projekt­leiterin beim DLR Raumfahrt­management. „Über die Ergebnisse sind wir sehr froh, denn der erfolg­reiche Test zeigt, dass wir mit dem Einsatz moderner Fertigungs­verfahren auf dem richtigen Weg sind.“ In dem Test hatten die Prüfingenieure erste Leistungs­daten des Triebwerks­modells ermittelt und diese mit den erwarteten Ergeb­nissen aus den Modell­berechnungen verglichen. Die ETID-Techno­logien sollen zukünftig für Verbes­serungen des Vinci-Triebwerks und der Ariane-6-Oberstufe einge­setzt werden. Durch neue Herstellungs­verfahren und optimierte Bauteile werden gleich­zeitig die Leistungs­dichte des Antriebs erhöht und die Produktions­kosten gesenkt.

„Durch das einge­sparte Gewicht des kompletten Antriebs kann die Rakete mehr Nutzlast transpor­tieren, und durch den Einsatz kosten­günstiger Herstellungs­verfahren und Materialien lassen sich die Start­kosten redu­zieren", so Pfützen­reuter. „Diese Vorteile können entscheidend sein im harten Wettbewerb auf dem inter­nationalen Träger­markt.“ Innerhalb der nächsten sechs Monate sollen zwanzig Tests mit einer Brenn­dauer von jeweils 120 Sekunden durch­geführt werden. Dabei erproben die Ingenieure drei verschiedene Konfi­gurationen. Diese unter­scheiden sich beispiels­weise in den Fertigungs­verfahren von Schubkammer, Zünd­systemen, Düsen und Ventilen.

Solche Kompo­nenten, wie etwa der Einspritz­kopf, bestehen bei einem konven­tionellen Raketen­motor aus mehreren hundert Einzel­teilen, die produziert und verschweißt werden müssen. Ziel ist es nun, die Anzahl der Bauteile zu redu­zieren, so dass mehrere Prozess­schritte und somit Kosten und Zeit einge­spart werden können. So enthält beispiels­weise die erste Konfi­guration des Einspritz­kopfes eine Grundplatte, die aus einem Block gefräst wurde. Sie beinhaltet zudem bereits Teile der Einspritz­elemente. Dies verringert die Anzahl der Bauteile bereits um etwa achtzig Prozent. In einem zweiten Schritt wird die Grundplatte im 3-D-Druck­verfahren hergestellt, wodurch noch einmal Fertigungs­dauer, Anzahl der Fertigungs­schritte und Gewicht eingespart werden. Ein dritter Einspritz­kopf wird dann voll­ständig gedruckt, so dass das Bauteil aus einem Guss besteht.

Getestet werden die Triebwerks­modelle am Prüfstand P3.2 vom DLR-Institut für Raumfahrt­antriebe in Lampolds­hausen. Der Prüfstand ist so konzipiert, dass Brennkammer­typen für heutige und zukünftige Raumfahrtantriebe wie Raketen­oberstufen unter realis­tischen Vakuum-Bedin­gungen getestet und optimiert werden können. Die Test­anlage misst die Daten, steuert, regelt und überwacht das Triebwerks­modell im laufenden Betrieb. „Mit dem Prüfstand P3.2 können neue Techno­logien wie ETID unter repräsen­tativen Bedingungen getestet werden“, erläutert Chris­topher Gusinde, Prüfstands­leiter beim DLR-Institut für Raumfahrt­antriebe. „Die Forschungs- und Test­aktivitäten des DLR in Lampolds­hausen tragen so entscheidend zur Zukunft des europäischen Raum­transports bei.“ Weiterhin erlaubt der Prüfstand das Verbrennen von unter­schiedlichen Treibstoff­kombinationen, wie Flüssig­wasserstoff mit Flüssig­sauerstoff oder Flüssig­methan mit Flüssig­sauerstoff. „Der Prüfstand P3.2 ist für die Entwicklung von zukünf­tigen Antriebs­technologien ausgelegt und flexibel gestaltet, sodass wir auf neue Anfor­derungen rasch reagieren können“, sagt Gusinde.

DLR / JOL