Untersuchung des Treibstoffverhaltens in Raketenoberstufen
Bereits während des angetriebenen Flugs der Trägerrakete ist die Beherrschung des Treibstoffverhaltens eine große Herausforderung. Zusätzliche Komplikation treten aber auf, sobald die Oberstufe unangetriebene „Coasting“-Phasen durchführt, nach denen erneut das Triebwerk gezündet wird. Während der unangetriebenen Phase herrschen im Treibstofftank Schwerelosigkeitsbedingungen, die zu geänderten Randbedingungen, unter anderem für die Orientierung der Treibstoffe im Tank führen. Die COMPERE-Kooperation wurde zu dem Zweck etabliert, die beim Übergang in die Freiflugphase auftretenden Phänomene wissenschaftlich zu untersuchen und daraus anwendungsrelevante Grundlagen für ein Treibstoffmanagement zukünftiger Trägeroberstufen abzuleiten.
Das deutsch-französische Gemeinschaftsprojekt COMPERE (COMPortement des Ergols dans les REservoirs – französisch für: Verhalten von Treibstoffen in Tanks) läuft seit dem Jahr 2000 unter der gemeinsamen Führung von CNES und DLR. Beteiligt sind die Forschungszentren ZARM und ONERA, verschiedene Institute (IMFT, LEGI, Uni Erlangen), sowie die Industriepartner ASTRIUM ST, Cryospace und Air Liquide.
Um die gesteckten Ziele zu erreichen, erfolgen im Rahmen von COMPERE Labor- und Flugexperimente, die durch numerische Simulationen begleitet werden. Mit Hilfe sogenannter "Benchmark"-Tests ist es möglich, wissenschaftliche Design- und Analysesoftware zu überprüfen und die mathematische Beschreibung der Phänomene zu verbessern. Schwerpunkte der bisherigen Arbeiten lagen im Bereich des Treibstoffschwappens und Thermalverhaltens, sowie der Tropfenentstehung, Kapillarwirkung, Verdampfung, Ausbildung von Gasblasen, und der Verteilung von flüssiger und gasförmiger Phase während des antriebslosen Flugs.
Die Ergebnisse aus der COMPERE-Kooperation werden in die Entwicklung einer neuen, kryogenen Ariane 5-Oberstufe einfließen. Diese Oberstufe soll im Vergleich zur ESC-A-Oberstufe ein breiteres Missionsspektrum abdecken und Mitte des nächsten Jahrzehnts einsetzbar sein. Doch bereits heute trägt COMPERE maßgeblich zum verbesserten Verständnis der Vorgänge in den Tanks europäischer Trägerraketen bei.