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Zukunft des Raumtransports: Verändern große Satellitennetzwerke unseren Weg ins All?
5. Industrial Days des DLR am Standort Lampoldshausen

Geschrieben am 13.04.2017 in Kategorie: Sonstige Meldungen

Der Stellenwert der globalen Vernetzung in der Raumfahrt ist enorm gestiegen. Die immer breitere Digitalisierung und die damit einhergehende stetig wachsende Datenmenge definieren die Anforderungen an den Raumfahrtsektor neu. Pläne für einen langfristigen Ausbau großer Satellitennetzwerke im All als Basis für ein weltweites Kommunikationssystem manifestieren sich zunehmend. Der Betrieb und die Nutzung von Kleinsatellitennetzwerken im Low Earth Orbit (LEO) bietet zukünftig vielfältige kommerzielle Anwendungen wie beispielsweise in der Erdbeobachtung oder im Katastrophenmanagement. Sind unsere Trägersysteme als Basis für den Aufbau der neuen Satelliteninfrastrukturen am besten geeignet? Und welche Anforderungen und technische Konsequenzen an die europäischen Trägersysteme ergeben sich hieraus? Über die Zukunft des europäischen Raumtransports sprachen führende Vertreter aus Raumfahrtagenturen, Industrie und Wissenschaft bei den 5. Industrial Days des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) am Standort Lampoldshausen vom 11. bis 12. April 2017.

Raumfahrt neu denken

Die europäischen Trägerraketen mit Ariane, Vega und Sojus gehören zu den zuverlässigsten Systemen auf dem globalen Markt. Digitalisierung und Vernetzung verändern zunehmend die Art, wie wir die Raumfahrt nutzen – im Raumtransport zeichnet sich diese Veränderung schon heute spürbar ab. „Es ist wichtiger denn je, den Grundgedanken der bewährten Trägersysteme auf den Prüfstand zu stellen. Der innovative Kerngedanke ist der ressourcenschonende und individuelle Raumtransport“, fasste Prof. Pascal Ehrenfreund, Vorsitzende des DLR-Vorstands, den Wandel in einem digitalen Umfeld zusammen. „Der Launcher der Zukunft muss noch stärker als bislang nach marktwirtschaftlichen Zielen ausgerichtet sein: Er umfasst Innovationen aus anderen Industrien, ist anwendungs- und kundenorientiert sowie schnell verfügbar“, ergänzte Prof. Ehrenfreund.

Der Weg zur Ariane 6 und darüber hinaus

Wettbewerbsfähig und zuverlässig, leistungsfähig und flexibel – diese Adjektive beschreiben die Ariane-Trägerfamilie, die nun in der Ariane 6 konsequent weitergeführt werden sollen. Im Ariane-6-Programm hat Airbus Safran Launchers, industrieller Hauptauftragnehmer, die entscheidenden Meilensteine erreicht: Zum einen wurde die technische Reife des Trägersystems bestätigt, zum anderen hat die Europäische Weltraumorganisation ESA mit der Unterzeichnung einer Zusatzvereinbarung zum ursprünglichen Ariane-6-Vertrag die nötigen Mittel für den Abschluss der Entwicklung und der Industrialisierung freigegeben. Von großer Bedeutung ist es dabei, die Startkosten zu senken, ohne die Zuverlässigkeit des Trägers einzuschränken. Zugleich sollen die Leistungsfähigkeit und Kosteneffizienz der Ariane 5 weiter erhöht werden, um auf einem immer härter umkämpften Markt bestehen zu können. Ab 2023 soll die Ariane 6 bis zu zwölfmal im Jahr fliegen und die bestehende Ariane 5 ersetzen.

Die Indienststellung der Ariane 6 haben die europäischen Raumfahrtakteure fest im Blick. Darüber hinaus verfolgt Europa schon heute aktiv die Vorbereitung eines künftigen Trägersystems: Im „Prometheus-Projekt“ arbeiten die französische nationale Raumfahrtagentur CNES, Airbus Safran Launchers und das DLR gemeinsam an der Entwicklung eines kostengünstigen, schubstarken und wiederverwendbaren Raketentriebwerks, das mit Flüssigsauerstoff (LOX) und Methan angetrieben werden soll. Die Nutzung von Methan als Raketentreibstoff wird seit Jahrzehnten in unterschiedlichen Projekten weltweit untersucht. Ein LOX/Methan-Antrieb kam jedoch bislang noch nie in einer Trägerrakete zum Einsatz. Die Forschung und Technologieentwicklung im Rahmen des „Prometheus-Programms“ sind seit der ESA-Ministerratskonferenz in 2016, dem politischen Gremium der europäischen Raumfahrtpolitik, Teil des Future Launchers Preparatory Programme (FLPP) der ESA.

Forschen für den Einstieg in neue Technologien

In der Entwicklung neuer flüssiger chemischer Raumfahrtantriebe spielt die Treibstoffkombination Methan und Flüssigsauerstoff eine vielversprechende Rolle. Die Möglichkeiten von Methan reichen von einer Ergänzung zu den derzeitigen Flüssigkeitsantrieben der Ariane-Trägerraketen bis hin zum vollständigen Ersatz von Flüssigwasserstoff. Im „Prometheus-Projekt“ arbeiten DLR-Ingenieure nun daran, die LOX/Methan-Technologie möglichst schnell zu entwickeln und für die europäische Raumfahrt zum Einsatz zu bringen. Die Ziele sind klar formuliert: Bereits in 2016 sind Airbus Safran Launchers und das DLR-Institut für Raumfahrtantriebe eine Allianz eingegangen, um zügig die LOX/Methan-Technologie voranzutreiben. Während die Ingenieure von Airbus Safran Launchers einen entsprechenden Technologiedemonstrator designt und gefertigt haben, bauten die DLR-Ingenieure den Prüfstand P3 auf die komplett neuen Bedingungen, insbesondere der Treibstoffversorgung, um. In einer zwölf Monate dauernden Testkampagne erzielten die Projektpartner wichtige Ergebnisse zur Weiterentwicklung notwendiger kritischer Technologien wie beispielsweise der Brennkammer. „Mit dieser Testkampagne haben wir den Einstieg in die neue LOX/Methan-Technologie bereitet“, erläuterte Dr. Gerald Hagemann, verantwortlicher Engineering-Leiter für flüssige Raumfahrtantriebe bei Airbus Safran Launchers. Ziel ist es, nach Abschluss der Vulcain 2.1 Testkampagne, dem Hauptstufentriebwerk der Ariane-6-Rakete, ein LOX/Methan-Technologiedemonstrator mit 100 Tonnen Schub unter repräsentativen Bedingungen auf dem Prüfstand P5 des DLR Testzentrums für Raketenantriebe in Lampoldshausen zu testen. Dieses LOX/Methan-Triebwerk hat das Potenzial, die Kosten des in den 1980er Jahren entwickelten europäischen Hauptstufentriebwerks Vulcain um den Faktor zehn zu verringern.

DLR Lampoldshausen – Testzentrum als Rückgrat des europäischen Raumtransports

„Bei der Entwicklung der LOX/Methan-Technologie bringt das DLR Lampoldshausen seine einzigartigen Kompetenzen als europäischer Test-und Entwicklungsstandort für alle flüssigen chemischen Raumfahrtantriebe ein“, betonte Prof. Stefan Schlechtriem, Direktor des DLR-Instituts für Raumfahrtantriebe. Der wegweisende Ausbau der Forschungsaktivitäten ist dafür entscheidend, dass Lampoldshausen innerhalb der bestehenden Allianzen weit über die Entwicklung der Ariane-6-Rakete hinaus das europäische Testzentrum für alle flüssigen chemischen Raumfahrtantriebe bleibt. „Unsere Zukunft beim DLR Lampoldshausen liegt neben dem Betrieb der Prüfstandsanlagen auch in der Systemkompetenz“, ergänzte Prof. Stefan Schlechtriem. So werden beispielsweise im neuen DLR-Projekt „LUMEN“ die Forschungsziele von der Komponentenebene auf die Systemebene eines gesamten Antriebs erweitert. Im Rahmen von „LUMEN“ wird dabei ein pumpengefördertes LOX/Methan-Triebwerk entwickelt und später am europäischen Forschungs- und Technologieprüfstand P8 auf dem DLR-Gelände getestet. „Gemeinsam mit unseren Projektpartnern von Airbus Safran Launchers und CNES erzielen wir hierbei Ergebnisse, die wir den Triebwerksentwicklern in einer frühen Phase zur Verfügung stellen können“, erläuterte Prof. Schlechtriem den Ausbau der Forschungsaktivitäten. Auch im Betrieb großer Prüfstandsanlagen werden markante Zeichen gesetzt: „Wir erarbeiten ein Konzept für einen effizienten und optimierten Betrieb der Prüfstandsanlagen, bei dem die Digitalisierung und Technologien aus dem Bereich Industrie 4.0 zum Einsatz kommen. Aspekte wie Flexibilität hinsichtlich Treibstoffversorgung, Datenverarbeitung, Qualität und Arbeitssicherheit stehen hierbei im Vordergrund. Die Voraussetzung für einen langfristigen Erfolg ist dabei vor allem die Fähigkeit, schnell auf Veränderungen reagieren zu können“, so Schlechtriem weiter.

DLR seit mehr als 55 Jahren in Lampoldshausen

Das DLR am Standort 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: vom Komponententest über die Triebwerkstests hin zur Erprobung ganzer Raketenstufen. Es werden sowohl Versuche für Forschung und Entwicklung durchgeführt als auch Qualifikations- und Charakterisierungstests.

Um möglichst flugähnliche Testbedingungen zu haben, simulieren die Prüfstände die Rakete. Die Triebwerke werden stufenähnlich über die entsprechenden Schnittstellen mit allen Treibstoffen und Fluiden versorgt. Die Testanlagen messen die Daten, steuern, regeln und überwachen die Prüflinge im laufenden Betrieb. Weiterhin stellen die Prüfstände bei Bedarf besondere Umgebungsbedingungen her. Bei der sogenannten Höhensimulation werden Satelliten- und Oberstufentriebwerke im Vakuum getestet. Die extrem heißen und schnellen Triebwerksabgase werden direkt abgesaugt und über eine spezielle Anlage so kontrolliert weggefördert, dass das Triebwerk selbst dauerhaft unter Weltraumbedingungen betrieben werden kann.

Die Forschungsarbeiten finden auf verschiedenen Skalen statt, von Untersuchungen am Laborbrenner bis zu Tests unter Bedingungen, wie sie für Stufenantriebe wie beispielsweise Vulcain 2.1 und Vinci repräsentativ sind. Dies wird durch die in Europa einzigartige Infrastruktur des Standorts und die Expertise im Entwurf und im Testen von Forschungsbrennkammern ermöglicht. „So können neue Technologien unter repräsentativen Bedingungen verifiziert werden“, erläuterte Prof. Stefan Schlechtriem. „Unsere Forschungs- und Testaktivitäten tragen so entscheidend zur Zukunft des europäischen Raumtransports bei.“

Quelle

DLR - Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
Das DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.) ist die deutsche Raumfahrtagentur. Es wurde 1969 durch den Zusammenschluss mehrerer Einrichtungen gegründet.

Webseite: http://www.dlr.de

Artikelquelle

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Die potenzielle Trendwende beim Weg ins All weckt große Erwartungen und wirft gleichzeitig viele Fragestellungen auf. Führende Vertreter aus Raumfahrtagenturen, Industrie und Wirtschaft sprachen bei den 5. Industrial Days über die Zukunft des europäischen Raumtransports.
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Einstieg in die LOX/Methan-Technologie
In der Entwicklung neuer flüssiger chemischer Raumfahrtantriebe spielt die Treibstoffkombination Methan und Flüssigsauerstoff eine vielversprechende Rolle. Bereits in 2016 fanden auf dem Prüfstand P3 beim DLR Lampoldshausen in Kooperation mit Airbus Safran Launchers umfangreiche Tests eines Technologie-Demonstrators statt. Die LOX/Methan-Technologie zeichnet sich durch ihre Wiederverwendbarkeit aus und ist kostengünstiger als herkömmliche Triebwerkstechnologien.
© Airbus Safran Launchers
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© DLR / Frank Eppler

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