Das Hauptstufentriebwerk der Ariane 5 während eines Heißlaufs am Prüfstand P5.

Test as you fly !

14 August 2013

Im Institut für Raumfahrtantriebe am DLR-Standort Lampoldshausen bei Heilbronn werden im Auftrag der ESA verschiedene Antriebe umfangreich geprüft, getestet und fortentwickelt.

Bereits wenige Jahre nach seiner Gründung im Jahre 1959 durch den Raumfahrtpionier Professor Eugen Sänger begannen dort die ersten Tests von Raumfahrt-Antriebssystemen. Ab 1973 war das Institut für Weltraumantriebe in das Programm der europäischen Trägerraketen vom Typ Ariane eingebunden.

Insgesamt verfügt der Standort über verschiedenen Prüfstände mit den Namen P1 bis P8, die sich in zwei Kategorien einteilen lassen. Eine von diesen umfasst Prüfstände für Versuche unter Umgebungsbedingungen am Boden (Sea Level Tests).

Die andere Kategorie dient der Simulation von unterschiedlichen Druckverhältnissen, wie sie beim Aufstieg um die Raketenaggregate tatsächlich auftreten können. Auf dem Feld der Höhensimulationsanlagen für Oberstufentriebwerke verfügt das DLR in Lampoldshausen über eine einmalige Kompetenz in Europa.

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ESA-Prüfstände P4 und P5 beim DLR Lampoldshausen

"Das Befördern verschiedenster Nutzlasten ins Weltall hängt vor allem von der Verfügbarkeit geeigneter Trägerraketen ab, die sowohl zuverlässig, leistungsstark, effizient als auch kostengünstig sein müssen. Damit Europa im Wettbewerb um die besten und sichersten Raketenstufen seinen internationalen Spitzenplatz verteidigen kann, ist die stetige Verbesserung der existierenden Technologien erforderlich. Alle  überarbeiteten oder neu entwickelten Triebwerkstypen müssen jedoch vor ihrem Einsatz unter Flugbedingungen validiert werden, um die operationellen Grenzen und das funktionale Verhalten im Betrieb bestimmen zu können", erklärt Klaus Schäfer, Stellvertretender Direktor des Instituts für Raumfahrtantriebe im DLR Lampoldshausen 

Zu diesem Zweck nahm das DLR Lampoldshausen im Jahre 1990 mit P5 den größten Raketenprüfstand Deutschlands in Betrieb, der eigens für das Ariane 5-Hauptstufentriebwerk Vulcain entworfen worden war. Der überwiegende Teil der Tests am P5 findet unter Bodenbedingungen statt.

Zusätzlich ist seit 2005 in Lampoldshausen mit P4.1 der weltweit modernste Höhensimulationsprüfstand für kryogene Oberstufentriebwerke in Betrieb. P4.1 war vom DLR Lampoldshausen für die ESA entwickelt und aufgebaut worden.  Prüfstände für Satellitentriebwerke werden von EADS Astrium betrieben. 

Auch das sich derzeit im Einsatz befindliche Vulcain-2-Hauptstufentriebwerk der Ariane 5 sowie das neue Oberstufentriebwerk Vinci für die Ariane 5 ME und die Ariane 6 überstanden in Lampoldshausen ihre Testphasen.

Extreme Druck- und Temperaturverhältnisse in den Brennkammern

Start einer Ariane 5

Eine weitere zentrale Aufgabe des DLR Lampoldshausen besteht in der Planung, in der Errichtung und im Betrieb von Prüfständen für Raumfahrtantriebe im Auftrag der Europäischen Weltraumorganisation ESA, genauso wie in Zusammenarbeit mit der europäischen Raumfahrtindustrie. Hiermit befasst sich eine eigene Abteilung für Prüfstandstechnologie.

Laufende Forschungsarbeiten umfassen Untersuchungen zur Treibstoffinjektion und zu Verbrennungsvorgängen in Flüssigraketentriebwerken.

Weitere Schwerpunkte liegen auf dem Einsatz von modernen Werkstoffen für Raketenbrennkammern und auf der Entwicklung und Anwendung laseroptischer Messverfahren für Hochtemperaturgasströmungen. Schließlich müssen die eingesetzten Materialien teilweise extremen Schwankungen der Temperaturen und Druckverhältnisse standhalten.

Brennkammerdrücke liegen dabei im Bereich von wenigen bar bis 330 bar, Fluidtemperaturen im Bereich von 40K bis 3500K.  Zusätzliche Effizienzgewinne bei den Trägerraketen soll in Zukunft die Erforschung neuartiger Treibstoffe und Antriebsarten nach sich ziehen.

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