"Spitzen"-Technologie aus Deutschland: Scharfkantiges DLR-Raumfahrzeug vorgestellt

Freitag, 16. Juli 2010

Mit SHEFEX II geht das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) bei der Entwicklung eines künftigen Raumfahrzeuges neue Wege: Scharfe Ecken und Kanten sollen den Wiedereintritt in die Erdatmosphäre billiger, sicherer und flexibler machen. Nach dreijähriger Entwicklungszeit ist am Freitag die kantige Nutzlastspitze im DLR Stuttgart der Öffentlichkeit vorgestellt worden.

Das zwei Meter lange Raumfahrzeug wird demnächst zum DLR Oberpfaffenhofen transportiert. Dort wird es umfangreichen Tests unterzogen und auf die Spitze einer zweistufigen Höhenrakete montiert. Diese soll Anfang 2011 vom australischen Testgelände Woomera starten. Der zweite Flug im Rahmen des SHEFEX-Programms des DLR dient der weiteren Erprobung des scharfkantigen Designs mit neuartigem Hitzeschutz und innovativer Steuerung. SHEFEX steht für Sharp Edge Flight Experiment, zu deutsch etwa "scharfkantiger Flugversuch". Bisherige Raumfahrzeuge besitzen eine abgerundete Außenhaut.

Fliegender Windkanal

Zahlreiche Sensoren sollen im Flug die aerodynamischen Effekte und das Verhalten des Raumflugkörpers beim Wiedereintitt in die Atmosphäre messen. Wie ein fliegender Windkanal soll SHEFEX II so Erkenntnisse für die weitere Entwicklung liefern.

Kern der "Spitzen"-Technologie sind 160 Sensoren, die von der DLR-Abteilung Hyperschalltechnologie in Köln eingebaut wurden. Sie sollen während des Fluges Druck, Wärmefluss und Temperatur in der Nutzlastspitze messen. Die Erkenntnisse über die Vorgänge an der Außenhaut des Flugkörpers bei erwarteten Temperaturen von mehr als 2000 Grad Celsius zählen zu den wertvollsten Ergebnissen eines solchen Flugversuchs.

Neben der Instrumentierung des DLR wurde auch ein kombiniertes Sensorsystem des Instituts für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart in SHEFEX II aufgenommen.

Mit SHEFEX II werden neun verschiedene Hitzeschutzsysteme getestet. Dies sind größtenteils  Entwicklungen aus sogenannter Faserkeramik des DLR in Stuttgart und Köln, aber auch Experimente der deutschen Raumfahrtindustrie (EADS Astrium und MT-Aerospace) und internationaler Partner (Boeing) fanden in der facettierten Außenhaut Platz.

Deutsche Vorreiterrolle

"Deutschland nimmt damit eine Vorreiterrolle ein, was fortschrittliche Rückkehrsysteme betrifft", erklärt Projektleiter Hendrik Weihs vom DLR-Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung in Stuttgart das nationale SHEFEX-Programm. Er hofft, dass das Programm irgendwann in ein europäisches - möglicherweise bemanntes - Raumfahrtsystem mündet.

Ziel der Entwicklung ist ein neuartiger, "REX-Free Flyer" genannter kleiner Raumgleiter, der ab 2020 für rückführbare Experimente unter Schwerelosigkeit zur Verfügung stehen soll. Die scharfkantige Form verspricht zwei wesentliche Vorteile. Zum einen könnte der Hitzeschild dadurch einfacher und sicherer werden. Außerdem resultiert die facettierte Form in verbesserten aerodynamischen Eigenschaften. "Die konsequente Anwendung der SHEFEX-Technologie ermöglicht einen relativ einfach aufgebauten und damit kostengünstigen Raumgleiter, der wie ein Space Shuttle punktgenau landen kann", sagt DLR-Projektleiter Weihs und ergänzt "REX könnte auf einem normalen Flughafen oder kleinerem Flugfeld in Deutschland landen."

Die Idee des SHEFEX-Programmes ist es, möglichst kostengünstig Wiedereintrittstechnologie im Flugexperiment zu testen. Dazu wird die Testkapsel auf die Spitze einer preiswerten Höhenforschungsrakete gesetzt. Der Vorgänger, SHEFEX I, war 2005 von Nord-Norwegen aus gestartet. Beim 12,6 Meter hohen SHEFEX II ist die Rakete ein größeres brasilianisches Modell, um eine höhere Geschwindigkeit bis 12.000 Kilometer pro Stunde zu erreichen. Zudem verfügt SHEFEX II im Gegensatz zu seinem Vorgänger über kleine Stummelflügel, sogenannte Canards, mit denen das Gefährt gesteuert werden kann. Der Start vom australischen Woomera soll SHEFEX II in eine Höhe von 200 Kilometern bringen. Für die Forscher beginnt der interessanteste Teil beim Abstieg und Wiedereintritt in die Erdatmosphäre in 100 bis 20 Kilometern Höhe. Anschließend soll die Kapsel per Fallschirm in der Wüste landen.

DLR-Institute aus ganz Deutschland beteiligt

Die aerodynamische Auslegung, die rechnerische Vorhersage des Strömungsverhaltens und die Tests in verschiedenen Windkanälen erfolgen am DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik in Braunschweig, Köln und Göttingen. Der DLR-Standort Köln ist für die Instrumentierung der Nutzlast verantwortlich. Das SHEFEX-II Experiment selbst hat das Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung des DLR in Stuttgart entwickelt, hergestellt und integriert. Die komplette Flugsteuerung wird vom DLR-Institut für Flugsystemtechnik in Braunschweig entwickelt. Die Bereitstellung der Rakete sowie die Durchführung des Starts erfolgt durch die Mobile Raketenbasis (Moraba) des DLR Oberpfaffenhofen. Das neue DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen ist mit einem Navigationsexperiment beteiligt.

Zuletzt geändert am: 26.04.2011 15:37:44 Uhr

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Montage der SHEFEX-II-Spitze

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Dr. Hannah Böhrk und Henning Elsässer montieren die keramischen Hitzeschutzkacheln: Die beiden Wissenschaftler beschäftigen sich im DLR-Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung mit der Auslegung und Integration der Nutzlastspitze sowie dem Bau des Hitzeschilds des SHEFEX-II-Körpers. An ihrem Institut wird die Faserverbundkeramik entwickelt, die hier zur Anwendung kommt. Durch die Entwicklung neuartiger Werkstoffe, die auch im Temperaturbereich über 1500 Grad Celsius hohe Festigkeit aufweisen, wird der Einsatz von scharfkantigen Fahrzeugen im Hyperschall überhaupt erst möglich.

Die fertig zusammengebaute SHEFEX-II-Spitze

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Mit scharfen Kanten: Nach dreijähriger Entwicklungszeit ist am Freitag die kantige Nutzlastspitze von SHEFEX II im DLR Stuttgart der Öffentlichkeit vorgestellt worden. Das zwei Meter lange Raumfahrzeug wird demnächst zum DLR Oberpfaffenhofen transportiert. Dort wird es umfangreichen Tests unterzogen und auf die Spitze einer zweistufigen Höhenrakete montiert. Diese soll Anfang 2011 vom australischen Testgelände Woomera starten.

Ziel: REX-Free Flyer

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Ziel der SHEFEX-Entwicklung: Ein neuartiger, "REX-Free Flyer" genannter kleiner Raumgleiter, der ab 2020 für rückführbare Experimente unter Schwerelosigkeit zur Verfügung stehen soll. Die scharfkantige Form verspricht zwei wesentliche Vorteile. Zum einen könnte der Hitzeschild dadurch einfacher und sicherer werden. Außerdem resultiert die facettierte Form in verbesserten aerodynamischen Eigenschaften.

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