12. Februar 2020

Additiv gefertigtes Raketentriebwerk mit Aerospike-Düse für „Microlauncher“

Microlauncher sind eine Alternative zu herkömmlichen Trägerraketen. Die mittelgroßen Transportsysteme können Nutzlasten bis 350 Kilogramm befördern. Künftig sollen sie kleine Satelliten in den Weltraum bringen. Forscherinnen und Forscher am Dresdner Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS entwickelten gemeinsam mit Raumfahrtexperten der TU Dresden ein additiv gefertigtes Raketentriebwerk mit Aerospike-Düse für Microlauncher. Der skalierte Prototyp aus Metall soll 30 Prozent weniger Treibstoff als konventionelle Triebwerke verbrauchen. Er wird am vom 20. bis 24. April 2020 auf der Hannover Messe präsentiert (Halle 16/Stand C18).

Der Markt mit kleinen Satelliten wird in den kommenden Jahren boomen. Großbritannien plant im Norden Schottlands den ersten Weltraumbahnhof auf europäischem Boden und auch der Bundesverband der Deutschen Industrie BDI hält einen Weltraumbahnhof hierzulande für sinnvoll. Von dort sollen kleine bis mittelgroße Trägerraketen Forschungsinstrumente und kleine Satelliten ins All bringen. Eine effiziente Art, diese Microlauncher anzutreiben, sind sogenannte Aerospike-Triebwerke. Sie stellen nicht nur eine erhebliche Massereduktion, sondern auch eine signifikante Treibstoffersparnis in Aussicht. Im Laufe der letzten beiden Jahre hat ein Forscherteam des Fraunhofer IWS zusammen mit dem Institut für Luft- und Raumfahrttechnik der TU Dresden ein solches Aerospike-Triebwerk entwickelt, gefertigt und getestet. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF gefördert. Die Besonderheit: Treibstoffinjektor, Brennkammer und Düse werden per Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), einem additiven Fertigungsverfahren, Schicht für Schicht hergestellt. Die Düse selbst besteht aus einem stachelförmigen Zentralkörper, über den die Verbrennungsgase beschleunigt werden.

„Die technologische Konzeption der Aerospike-Triebwerke ist erstmals in den 1960er Jahren aufgekommen. Aber nur durch die Freiheiten der Additiven Fertigung und die Einbettung dieser in konventionelle Prozessketten ist es uns möglich, so effiziente Triebwerke überhaupt herzustellen“, sagt Michael Müller, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Additive Manufacturing Center Dresden (AMCD), das gemeinsam vom Fraunhofer IWS und der TU Dresden betrieben wird. Aerospike Rocket Engines versprechen eine Treibstoffeinsparung von etwa 30 Prozent gegenüber konventionellen Raketen. Darüber hinaus sind sie kompakter als konventionelle Systeme, wodurch die Masse des Gesamtsystems sinkt. „In der Raumfahrt ist jedes eingesparte Gramm Gold wert, da man weniger Treibstoff in den Orbit mitnehmen muss. Je schwerer das Gesamtsystem, desto weniger Nutzlast kann transportiert werden“, erläutert Mirco Riede, Gruppenleiter 3D-Generieren am Fraunhofer IWS und Kollege von Michael Müller. Die Dresdner Aerospike-Düse des Fraunhofer IWS und der TU Dresden passt sich auf dem Weg von der Erde in den Orbit besser an die Druckverhältnisse an. Dadurch ist sie effizienter und benötigt weniger Treibstoff als herkömmliche Triebwerke.

Erfahren Sie mehr zu dieser additiv gefertigten Düse und dem Triebwerk im Heißfeuertest in den Mitteilungen des Fraunhofer IWS.


Foto ©Institute of Aerospace Engineering, TU Dresden/Fraunhofer IWS: Design-Demonstrator – Die additiv gefertigte Aerospike-Düse.

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