Forschungsprojekt Oberstufe



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Der Forschungsverbund Oberstufe hat zum Ziel, die in Deutschland vorhandene Oberstufenkompetenz zu verstärken. Im Forschungs- und Entwicklungsfokus steht hierbei die kryogene Oberstufentechnologie. Der Forschungsverbund besteht aus Partnern der Industrie, der Universität und Instituten des DLR. Die Partner sind: Astrium ST Bremen, MT Aerospace; Institut für Raumfahrtsysteme (DLR RY), Institut für Faserverbundtechnologie (DLR FA), das  Institut für Raumfahrtantriebe (DLR RA) und das Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik (DLR AS).

Der Forschungsverbund soll dazu dienen, die Forschungs- und Entwicklungsleistungen der Parteien abzustimmen, komplementär zu ergänzen und auf gemeinsame Ziele auszurichten, um anhand von geeigneten Technologien, Verfahren und Materialien einen nationalen Beitrag zur Entwicklung neuer und verbesserter Raumfahrtsysteme in Europa zu leisten.

Im Forschungs- und Entwicklungsfokus stehen hierbei fünf identifizierte Themenbereiche:

  • Kryogene Treibtsoffhandhabung
  • Weiterentwickliung des DLR TAU-Verfahrens
  • Simulation von Treibtsofffördersystemen
  • Faserverbundtechnologie
  • Avionik Technologie

Der Themenbereich Kryogene Treibstoffhandhabung beschäftigt sich mit dem Treibstoffverhalten. Das Verhalten des Treibstoffs in Oberstufen von Raketen stellt insbesondere bei mehrfacher Wiederzündung des Triebwerks und dazwischen liegenden Freiflugphasen besondere Anforderungen an das Tanksystem. Ziel ist die Untersuchung  von fluid- und thermodynamischen Fragestellungen innerhalb von kryogenen Tank- und Fördersystemen. Experimentelle Arbeiten werden in dem Kryo-Labor in Bremen durchgeführt.

In dem Projekt Weiterentwicklung des DLR-TAU Verfahrens soll das DLR-TAU Verfahren für die Behandlung kryogener Treibstoffhandhabungstechnologien bzw. für die Berechnung der strömungstechnischen Phänomene, die in den Treibstofftanksystemen und Treibstoffförderleitungen von kryogenen Oberstufen auftreten, weiterentwickelt werden. Fernziel der Entwicklung ist, am Ende ein Tool für alle am Raumfahrzeug auftretenden strömungsmechanischen Probleme zu haben.

Das Thema Simulation von Treibstofffördersystemen widmet sich der Vertiefung des Verständnisses über die Wirkungsweise und Funktion von Antriebssystemen und der Entwicklung von geeigneter Software zur Simulation und Analyse des Antriebssystems von Oberstufen. Die Möglichkeit einer  zeitabhängige Simulation des gesamten Propulsion Systems, inklusive aller beteiligten Komponenten, ist für eine Gesamtstufenoptimierung von hoher Bedeutung. Für die zuverlässige Auslegung und Vorhersage im Verhalten von Treibstoffversorgungssystemen insbesondere im Fall stark transienter Vorgänge wie Abkühlung, Start/Stopp Triebwerk und Zündung ist die Weiterentwicklung der internen Auslegungsverfahren und Prozesse unerlässlich. Die Aktivitäten beinhalten neben der Simulation Experimente zu transienten Phänomenen infolge Shut Down und Wiederzündung des Oberstufenmotors.

In der Roadmap Faserverbundtechnologie sollen die Potenziale lokaler CFK-Metall-Hybridisierungen für Strukturelemente einer Oberstufe identifiziert werden. Das Hauptziel ist die Entwicklung fortschrittlicher alternativer Faserverbund-Verbindungstechniken. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung numerischer Methoden zur Schadensanalyse von Faserverbundstrukturen.

Das Ziel in dem Themenbereich Avionik Technologie ist  die Entwicklung eines flexiblen, fehlertoleranten, verlässlichen und hoch verfügbaren Zentralavioniksystems, das leicht an zukünftige Missionen angepasst werden kann. Dabei wird angestrebt die Verlässlichkeit des Systems gegenüber bestehenden Systemen zu erhöhen und gleichzeitig Kosten, Masse und Energiebedarf zu reduzieren. Kernpunkt ist die Entwicklung eines Multicast Netzwerkbausteines, der eine intelligente, flexible Kommunikation zwischen einzelnen Avionik Komponenten erlauben soll. Ein weiteres Thema ist die Sensortechnologie. Hier wird der Frage nachgegangen, inwieweit sich bereits verfügbare Sensoren, sogenannte „commercial off-the-shelf sensors“ (COTS) für Raumfahrtanwendungen einsetzen lassen.


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