3D-gedrucktes Aerospike-Triebwerk erreicht Meilenstein in der Raumfahrttechnik

DRESDEN / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Ein bedeutender Fortschritt in der Raumfahrttechnik wurde von der Technischen Universität Dresden erzielt. Die Arbeitsgruppe „Raumtransportsysteme“ hat erfolgreich den weltweit ersten Heißgastest eines 3D-gedruckten Aerospike-Triebwerks mit einer umweltfreundlicheren Treibstoffkombination durchgeführt.

Die Technische Universität Dresden hat in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, der ArianeGroup und dem Warschauer Institute of Aviation einen bedeutenden Fortschritt in der Raumfahrttechnik erzielt. Im Rahmen des ESA-geförderten Projekts ASPIRER wurde der weltweit erste Heißgastest eines 3D-gedruckten Aerospike-Triebwerks erfolgreich durchgeführt. Dieses Triebwerk nutzt eine nachhaltigere Treibstoffkombination aus hochkonzentriertem Wasserstoffperoxid und Kerosin.

Aerospike-Triebwerke sind bekannt für ihre hohe Effizienz und Treibstoffersparnis im Vergleich zu klassischen Raketentriebwerken mit Glockendüsen. Trotz ihrer Vorteile sind sie aufgrund ihrer Komplexität und der Herausforderungen bei der Kühlung schwerer zu beherrschen. Der Einsatz moderner 3D-Druckverfahren wie der Laser Powder Bed Fusion (LPBF) ermöglicht jedoch eine sinnvolle Konstruktion und Herstellung dieser Triebwerke.

Während der Testkampagne lief das Triebwerk sowohl im Mono-Propellant-Modus als auch im Bi-Propellant-Modus. Im Mono-Propellant-Modus wird das Wasserstoffperoxid durch einen chemischen Katalysator zersetzt, wobei nur Wasserdampf und Sauerstoff als Endprodukte verbleiben. Dies macht den Treibstoff zu einer umweltfreundlicheren Alternative. Im Bi-Propellant-Modus wird zusätzlich Kerosin eingespritzt, was zu einer Selbstentzündung des Gemischs führt.

Das Triebwerk ist für einen Betriebsdruck von 20 bar ausgelegt und liefert bei Volllast sechs Kilonewton Schub. Ein Kilonewton entspricht der Gewichtskraft einer Masse von etwa 100 Kilogramm. Die Wissenschaftler testeten zudem erfolgreich eine neu entwickelte, hitzebeständige Keramikbeschichtung für die Brennkammerelemente, die die Langlebigkeit und Effizienz des Triebwerks weiter steigert.

Dank ihrer leichten und kompakten Bauweise eignen sich Aerospike-Triebwerke für verschiedene Missionsszenarien, darunter Trägerraketen, Expeditionen zum Mars und Saturnmond Titan sowie Mondlandefähren. Insbesondere bei Mondlandefähren könnten sie eine nachhaltigere Alternative zu herkömmlichen, hydrazinbasierten Antrieben darstellen, die aufgrund gesundheitlicher und ökologischer Risiken kritisch betrachtet werden.

Die besondere Form der Aerospike-Triebwerke ermöglicht zudem eine größere Gestaltungsfreiheit, sodass Mondlandefähren flacher gebaut werden können. Dies vereinfacht das Be- und Entladen durch Astronauten sowie das Entsenden von Rovern. Das Institut für Luft- und Raumfahrttechnik untersucht darüber hinaus die Eignung alternativer Verfahren zur Triebwerkssteuerung und deren Vorteile gegenüber konventionellen Systemen.

Langfristig sollen der geringe technologische Reifegrad und die damit verbundenen Unsicherheiten bei Aerospike-Triebwerken überwunden werden. Die Fortschritte in der additiven Fertigung und die Entwicklung neuer Materialien könnten den Weg für eine breitere Anwendung dieser Technologie in der Raumfahrt ebnen.