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Abteilung Raumfahrzeuge (AS-RFZ)

Aerothermodynamischen Analyse- und Entwurfsarbeiten

Die aerothermodynamischen Analyse- und Entwurfsarbeiten der Abteilung Raumfahrzeuge beziehen sich hauptsächlich auf Raumtransportsysteme und Hyperschallkonfigurationen. Die Abteilung war während der letzten zwei Dekaden an allen deutschen und europäischen Raumfahrttechnologieprogrammen beteiligt. Das Hauptarbeitsgebiet ist der virtuelle Entwurf von Raumfahrzeugen und dessen Qualifikation in bodengebundenen Testeinrichtungen sowie Flugexperimenten.

SHEFEX-I Flugmodell

Im Bezug auf den Raumtransport hat die Abteilung seit den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts in einer Vielzahl konzeptioneller Entwurfsstudien von (Wieder-) Eintrittsfahrzeugen im Rahmen nationaler und europäischen Programmen wie HSTS, AREV, SPHYNX, PARES, PHOENIX/HOPPER, PRE-X, CARV, FLPP-IXV, und CSTS mitgearbeitet. Die Abteilung leitete die aerothermodynamischen Arbeiten im deutschen TETRA Programm (dem größten deutschen Raumfahrtprogramm seit 1994) und den aerodynamischen Entwurf des sogenannten „Liquid Fly-back Booster (LFBB)“ Konzeptes im deutschen ASTRA Programm. Nachdem zunächst die Entwicklung bodengebundener Testanlagen und numerischer Verfahren im Mittelpunkt standen wurde vor ca. 10 Jahren ein Konzept für einen „Skybased Wind Tunnel“ entwickelt, um mit vertretbarem Aufwand Flugdaten zu gewinnen. Hieraus entwickelte sich das SHEFEX I Projekt (Sharp Edge Flight Experiment, das erste Hyperschallflugexperiment des DLR), das von der Abteilung Raumfahrzeuge geleitet wurde. Im Rahmen des SHEFEX-II und SHEFEX-III Projektes wurde die Verantwortung für den aerodynamischen Entwurf übernommen.

Start der europäischen Trägerrakete Ariane 5

Die Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Raketenantriebe und Trägersysteme begannen im Jahr 2002 und umfassen die Untersuchung von Düsenströmungen und deren Wechselwirkung mit der Heckströmung der Trägerrakete sowie die numerische Modellierung von Raketenschubkammern. Die Arbeiten werden im Rahmen von Kooperationen zwischen dem DLR und Astrium „Propulsion 2010“ und „Propulsion 2020“, den DLR Projekten und Forschungsvorhaben IMENS-3C, PROTAU, KERBEROS, Auftragsarbeiten für die europäische Ramfahrtagentur ESA und dem DFG Transregio SFB-TR 40 durchgeführt.

Zeitgenaue numerische Berechnung der Strömung in einer Dual-Bell-Raketendüse; Konturen konstanter Machzahl M=3, Isoflächen und Stromlinien in einer Schnittebene

Die Arbeiten der Abteilung Raumfahrzeuge auf dem Gebiet von Hyperschalltechnologien fanden einerseits im Rahmen von bilateralen Kooperationen mit ONERA in Frankreich und der University of Queensland in Australien statt. Zum Anderen liefen und laufen Forschungsarbeiten im Rahmen von ESA Technologieforschungsprojekten, den EU Projekten LAPCAT I und II (Long Term Advanced Propulsion Concepts and Technologies), ATLLAS I und II (Aerodynamic and Thermal Load Interactions with Lightweight Advanced Materials for High Speed Flight) sowie FAST20XX.

Numerische Berechnung der Strömung um die komplette Ariane-5-Konfiguration; Machzahlkonturen bei einer Flugmachzahl von M=0.8

Für die Lageregelung und die Orbitalkontrolle von Raumfahrzeugen sind chemische und elektrische Kleintriebwerke erforderlich. Die Grundlage für den erfolgreichen Entwurf des Lageregelungssystems, d.h. beispielsweise der korrekten Positionierung der Triebwerke, ist die vollständige Charakterisierung des Antriebsstrahles und dessen Wechselwirkung mit dem Raumfahrzeug und daraus möglicherweise resultierender Oberflächenkontamination. Diese Themen werden seit mehreren Jahrzehnten untersucht Hierzu stehen weltweit einmalige Anlagen wie die Vakuumkammer STG-CT für chemische Triebwerke und ab 2011 die STG-ET für elektrische Triebwerke zur Verfügung. Weitere Arbeiten konzentrieren sich im Rahmen des EU Projektes PRECISE auf die Funktionsweise von MEMS basierten Mikrotriebwerken und im Rahmen des DLR Forschungsvorhabens AHRES auf die Entwicklung eines kleinen Raketenhybridantriebes. Zu letzterem betreibt die Abteilung eine Versuchseinrichtung im DLR Standort Trauen.

Test eines Satellitenantriebsystems in der STG-Vakuum-Kammer

DLR internen Forschungsprogrammen bzw. im nationalen Umfeld in Kooperation mit Universitäten wie beispielsweise der TU Braunschweig, der RWTH Aachen, der TU München oder der Universität Stuttgart durchgeführt. Auf internationaler Ebene sind vor allem ESA, die EU sowie die Kooperationspartner JAXA in Japan, die University of Queensland in Australien, die US Air Force sowie verschiedene europäische Raumfahrtunternehmen zu nennen.