Upgrade der Antriebseinheit für das Helix-Raketentriebwerk
Übersicht
Die Rocket Factory Augsburg (RFA) hat ein neues Antriebseinheits-Design für eine weiterentwickelte Version ihres Helix-Raketentriebwerks getestet.
Im Esrange Space Center in Schweden fanden zwei erfolgreiche Hot-Fire-Tests statt.
Die Weiterentwicklung der Antriebseinheit und die Testkampagne wurden über einen „Thrust!“-Vertrag im Rahmen des Future Launchers Preparatory Programme der ESA finanziert.
Im Detail
Raketentriebwerke sind für den Betrieb unter extremen physikalischen und technischen Bedingungen ausgelegt. Sie verbrennen Treibstoff mit unglaublicher Geschwindigkeit, um Raketen anzutreiben und die Erdanziehungskraft zu überwinden. Eine typische Raketenstufe verbraucht innerhalb weniger Minuten rund150.000 kg Treibstoff. Schon die Beförderung dieser riesigen Mengen flüssiger Treibstoffe in die Brennkammer, bei den dafür erforderlichen Durchflussraten,erfordert ein leistungsstarkes System: die Antriebseinheit – das sogenannte „Power Pack“.
Die Antriebseinheit eines Raketentriebwerks sorgt dafür, dass flüssige Treibstoffe (d.h. Treibstoff und Oxidationsmittel) aus den Tanks in die Brennkammer gelangen – in der passenden Menge sowie bei dem erforderlichen Druck und der richtigen Temperatur.
Bei einem Hauptstromverfahrenstriebwerk wird ein kleiner Teil des Treibstoffs verbrannt, um heißes Gas zu erzeugen, das Turbinen antreibt. Diese treiben wiederumPumpen an, die die Treibstoffe unter hohem Druck in die Brennkammer befördern. Je stärker die Pumpen den Druck erhöhen können, desto geringer kann der Druck in den Tanks ausfallen, was leichtere Konstruktionen ermöglicht. Arbeitet das Triebwerk sparsamer, verbessert sich auch die Leistung der Rakete. In der Fachsprache spricht man davon, dass Pumpen und Antriebseinheit den Druckkreislauf „schließen“. Kann das System den Druck der Flüssigkeiten nicht ausreichend erhöhen, arbeitet das Triebwerk nicht.
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Die Entwickler*innen der Antriebseinheit
Die Rocket Factory Augsburg mit Sitz in Deutschland hat ihr Helix-Triebwerk entwickelt und getestet –das erste europäische Triebwerk, das ein Hauptstromverfahren in der Praxis demonstriert. Das Triebwerk nutzt einen sauerstoffreichen Hauptstromverfahrenszyklus, bei dem ein kleiner Teil der Treibstoffe in einem Vorbrenner verbrannt wird, um die Turbine anzutreiben. Die entstehenden Gase gelangen anschließend zusammen mit den übrigen Treibstoffen in die Hauptbrennkammer. So wird die im Treibstoff enthaltene Energie optimal ausgeschöpft.
Mit Helix 2.0 entwickelt RFA das Triebwerk weiter und hat inzwischen im Esrange Space Center in Schweden eine Testreihe mit einer neuen Antriebseinheitabgeschlossen, das sowohl im stabilen Betrieb als auch an den physikalischen Grenzen der Durchflussraten lief. Dr. Stefan Brieschenk, Chief Operating Officer von RFA, erklärt: „Helix 2.0 ist dafür ausgelegt, den doppelten Schub von 200 kN für unsere Trägerrakete RFA One zu liefern, während Masse, Fertigung und Kosten, mit denen von Helix 1.0 vergleichbar bleiben. Für unsere Kunden bedeutet das: mehr Nutzlast für ein geringeren Kosten!“
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Helix-Triebwerke werden mit flüssigem Sauerstoff und Rocket Propellant-1-Treibstoff betrieben. Die Antriebseinheit muss daher Sauerstoff bei Flüssigkeitstemperaturen unter −218 °C mit enormer Geschwindigkeit fördern und in gasförmigen Zustand überführen.
Kate Underhill von der ESA sagt: „Raketenentwicklung braucht Zeit. Ingenieur*innen planen oft viele Jahre voraus, beschäftigen sich mit neuen Technologien und testen Systeme für kommende Anwendungen. Es ist großartig zu sehen, dass RFA kontinuierliche Fortschritte macht und seine Technologie weiter vorantreibt.“
Nächster Schritt: Start der RFA One
Bevor die Helix 2.0, angetrieben von ihrer Antriebseinheit, erstmals zum Einsatz kommt, wird eine Gruppe der ersten Helix-Triebwerke vorbereitet, um die RFA Onebei ihrem ersten Testflug anzutreiben. RFA hat seinen ersten Antrag für ein Startfenster eingereicht. Der erste Testflug der RFA One-Rakete soll vom SaxaVord Spaceport starten, der auf der nördlichsten Insel des Vereinigten Königreichs liegt.
Der Test der Antriebseinheit wurde durch die „Thrust!“-Initiative (Technologies for High-thrust Re-Usable Space Transportation) des Future Launchers PreparatoryProgramme (FLPP) der ESA unterstützt. Ziel ist es, Technologien für Hauptstromverfahrenstriebwerke mit hohem Schub in Europa bis zur praktischen Erprobung weiterzuentwickeln. Damit sollen künftige wiederverwendbare Trägersysteme vorbereitet und Europas eigenständiger Zugang zum Weltraum gestärkt werden.
Aktuell laufen zwei „Thrust!“-Verträge, darunter auch der mit RFA. Die ESA stellt dafür Fördergelder in Höhe von 9 Millionen Euro bereit, ergänzt durch Mittel von RFA – weitere Finanzierungen sind vorgesehen. „Thrust!“ hat das ehrgeizige Ziel, Anfang der 2030er Jahre in Europa Hot-Fire-Tests mit Hauptstromverfahrenstriebwerkendurchzuführen, die über 1000 kN Schub erzeugen.
Die Rocket Factory Augsburg gehört außerdem zu den von der ESA ausgewählten „European Launcher Challengers“.
