Im Projekt AKIRA werden Konzepte zur Anbindung von Thermalschutzsystemen an kryogene Treibstofftanks von wiederverwendbaren Raumfahrzeugen entwickelt und getestet. Die Herausforderung liegt in der effektiven, gewichtsoptimierten Isolierung des tiefkalten Treibstofftanks bei gleichzeitiger Minimierung von Wärmeströmen in den Befestigungen des TPS um lokale Überhitzung von Komponenten zu verhindern.
Quelle: DLR (CC BY-NC-ND 3.0).
Für das DLR Flugexperiment REFEX ist die Abteilung für die Auslegung und den Bau der metallischen Struktur des Flugkörpers, der Klappflügel und der Faserverbund-Fairings verantwortlich.
Innerhalb des VLM Projekts wurden thermalstabile Stabilisierungsflossen entwickelt. Die Tragstruktur besteht aus CFK/Sandwich, die Vorderkante aus GFK und der Rumpfanschluß aus Aluminium. Die Fügungen sind komplett als Klebungen ausgeführt. Gegenüber einer Metallstruktur konnten kostenneutral 25% Masse bei doppelter Steifigkeit eingespart werden.
Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs TRR40 werden Grundlagenuntersuchungen zur Transpirationskühlung in Kooperation mit dem Institut für Thermodynamik der Luft- und Raumfahrt der Universität Stuttgart durchgeführt. Für die zukünftige Auslegung transpirationsgekühlter Systeme werden dabei mittels detaillierter Experimente numerische und analytische Modelle entwickelt und validiert.
In deutsch-brasilianischer Kooperation wird der 3-stufige Kleinträger VLM bzw. die 2 stufige ballistische Version VS-50 entwickelt. In der Verantwortung der Abteilung sind dabei die Fairingstruktur, die Heckstruktur mit Stabilisierungsflossen und das mechanische Trennsystem. Im DLR wird das Projekt von der Mobilen Raketenbasis (MORABA) geleitet.
ZURAM® – Ablatives Leichtbauthermalschutzmaterial für hochenthalpe atmosphärische EintrittsmissionenIm Rahmen der HGF Campusinitiative DLR@UniST wurde das ablative Thermalschutzmaterial ZURAM® entwickelt. Durch die Charakterisierung in Plasmawindkanälen des Instituts für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart, sowie des Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik des DLR in Köln, konnte eine Leistungsfähigkeit auf dem Niveau vergleichbarer Materialien wie zum Beispiel PICA (NASA) oder ASTERM (Arianegroup) nachgewiesen werden. Durch seine 3D-Verstärkung weist ZURAM® eine hohe Beständigkeit gegenüber Scherkräften auf.
Neben der Temperaturbeständigkeit der Materialien spielt bei den meist hybriden Bauweisenkonzepten von Raumfahrzeugen die Minimierung von Thermaldehnung und das Dehnungsmanagement eine zentrale Rolle. Dies gilt insbesondere auch auf dem Gebiet der Raumfahrtantriebe. Im Satellitenbereich arbeitet die Abteilung an innovativen Ansätzen für die kostengünstige Entwicklung und den Bau von hochintegrierten kommerziellen Satellitensystemen. Technologisch stehen dabei neue Fertigungsverfahren für Satellitenstrukturen und Antriebe im Vordergrund.
Neben Grundlagenforschung sind die Arbeiten vorwiegend projektorientiert ausgerichtet und sollen zu erprobten und einsatzfähigen Strukturen führen. Dieser systemorientierte Ansatz führt zur Integration verschiedener Bereiche während des Entwicklungsprozesses. Innerhalb der Abteilung werden dabei vom Vorentwurf bis hin zum Qualifikationstest alle notwendigen Disziplinen abgedeckt. Im Bereich der Konstruktion und Berechnung stehen neben kommerzieller FEM und CAD Software auch spezielle Simulationstools zur Verfügung. Einen Schwerpunkt nehmen dabei Forschungsarbeiten zu aktiv gekühlten Strukturelementen ein.
Bei der Herstellung der entsprechenden Strukturbauteile werden neben eigenen Fertigungsmöglichkeiten auch die Kompetenzen anderer Abteilungen des Instituts integriert. Somit sind nahezu alle Werkstoffklassen und entsprechende Fertigungsverfahren für die Strukturauslegung verfügbar. Zur Qualifikation der Systeme stehen eigene Prüfeinrichtungen und verschiedene zerstörungsfreie Prüfmethoden zur Verfügung. Eine realitätsnahe Erprobung der Strukturen wird in Flugversuchen angestrebt. Dies erfolgt meist innerhalb von Verbundprojekten auf nationaler und europäischer Ebene und in Kooperation mit anderen Forschungseinrichtungen.