Fortschrittliche Treibstoffe zukünftiger Raumfahrtantriebe – Der Weg in die Anwendung
12. September 2018 | 11. Internationales Symposium zu chemischen Raumfahrtantrieben und energetischen Materialien in Stuttgart
Fortschrittliche Treibstoffe zukünftiger Raumfahrtantriebe – Der Weg in die Anwendung
Grußwort an die Teilnehmer des Internationalen Symposiums
Ulrich Steinbach, Ministerialdirektor, Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg, begrüßt die rund 100 Fachexperten aus über zehn Raumfahrtnationen zum 11. Internationalen Symposium über chemische Raumfahrtantriebe und energetische Materialien in Stuttgart.
Teilnehmer des Internationalen Symposiums in Stuttgart
In insgesamt drei parallelen Vortragsreihen, acht Plenarvorträgen mit international geladenen Referenten und einer Podiumsdiskussion traten die Wissenschaftler miteinander in einen Dialog.
DLR-Wissenschaftler testeten am Prüfstandkomplex M11 in Lampoldshausen ein 22-Newton-Triebwerk für ADN-basierte Treibstoffe. Mittels eines Sichtfensters in die Brennkammer können die Verbrennungsvorgänge genauestens analysiert werden.
Rund 100 Fachleute aus Wissenschaft und Industrie tauschen sich vom 09. bis 13. September 2018 in Stuttgart über Potenziale fortschrittlicher grüner Treibstoffe aus.
DLR-Forscher entwickeln, verbessern und qualifizieren fortschrittliche, grüne Raketentreibstoffe.
Schwerpunkt(e): Raumfahrt, Grüne Treibstoffe
Auf dem 11. Internationalen Symposium zu chemischen Raumfahrtantrieben und energetischen Materialien (ISICP) tauschten sich vom 09. bis 13. September 2018 in Stuttgart rund 100 Fachleute aus Wissenschaft und Industrie aller führenden Raumfahrtnationen über die Potenziale fortschrittlicher grüner Treibstoffe aus und zeigten auf, wie der Weg in die Anwendung vorangetrieben werden kann.
Zu den Schwerpunkten des vom Standort Lampoldshausen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Kooperation mit der japanischen Raumfahrtagentur JAXA - GLOBAL veranstalteten Symposiums gehörten die Erforschung und Entwicklung neuartiger Zündmethoden von Raketenantrieben, die Entwicklung und Untersuchung von festen, flüssigen und gelförmigen energetischen Materialien, die ihre Energie bei der Zündung freisetzen, sowie die Analyse von Brennkammerprozessen für Raketenmotoren, Hybridraketenantriebe und Staustrahlantriebe.
Grüne Treibstoffe: Gemeinsame Herausforderung für die internationale Wissenschaft
„Wir stehen mehr denn je vor der Aufgabe, unser Know-how und unsere Forschungskapazitäten zu bündeln, um die Entwicklung fortschrittlicher grüner Treibstoffe voranzubringen. Dabei spielen effiziente wissenschafts- und industrieorientierte Kooperationen eine wichtige Rolle", sagte Prof. Dr. Stefan Schlechtriem, Direktor des DLR-Instituts für Raumfahrtantriebe, in seinem Grußwort an die hochkarätigen internationalen Teilnehmer. Darunter auch Prof. Keichii Hori, Institute of Space and Astronautical Science (ISAS), JAXA und Dr. Helmut Ciezki, DLR-Institut für Raumfahrtantriebe als gemeinsamme Vorsitzende des Fachsymposiums. „Es sind aufregende Zeiten für Raumfahrtingenieure: Neue Entwicklungen aus dem forschungsintensiven Weltraumbereich katapultieren die technischen Möglichkeiten voran und inspirieren auch andere Industriezweige. Ich freue mich daher ganz besonders, dass die Top-Experten aus diesem dynamischen Bereich hier in Stuttgart diskutieren", betonte der Amtschef des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg, Ministerialdirektor Ulrich Steinbach.
Nachhaltiger unterwegs: Alternativen für Hydrazin entwickeln
Ob Satelliten, Sonden oder Landeeinheiten – seit den 1960er Jahren kommt in Raumfahrtantrieben Hydrazin (N2H4) zum Einsatz. Es lässt sich lange lagern, ist leistungsfähig und wird mittels eines Katalysators in einfachen Antriebssystemen zersetzt. Hydrazin ist kaltstartfähig, das bedeutet, sobald das Hydrazin auf den Katalysator trifft, setzt sich chemische Energie zur Zündung des Triebwerks frei. Der Nachteil von Hydrazin: Es ist sehr giftig für Mensch und Umwelt. Daher erfordert der Umgang mit diesen Stoffen einen hohen Sicherheitsaufwand, der wiederum sehr aufwändig und teuer ist. Die Forschung sucht deshalb nach Alternativen, die weniger gefährlich, aber genauso leistungsfähig sind.
Im EU-Projekt „Replacement of Hydrazine for Orbital and Launcher Propulsion Systems“ (RHEFORM) hat das DLR-Institut für Raumfahrtantriebe in Kooperation mit internationalen Partnern an Ammoniumdinitramid (ADN)-basierten Treibstoffen als Alternative zu Hydrazin geforscht. ADN-basierte Treibstoffe weisen im Vergleich zu herkömmlichen Satellitentreibstoffen wichtige Vorteile auf: Sie haben einen erhöhten Energiegehalt und sind umweltverträglicher. Der alternative Treibstoff wird mittels eines Katalysators in einem Raketentriebwerk gezündet. Um das Triebwerk erfolgreich zünden zu können, muss der Katalysator mit elektrischer Energie auf 350 Grad Celsius erhitzt werden. Das ist ein Nachteil für die alternativen Treibstoffe: Das Triebwerk benötigt wie bei Hydrazin zusätzliche Energie und außerdem eine gewisse Zeit für die Erwärmung des Katalysators. So wären unbeheizte Satellitentriebwerke nicht in der Lage bei einem Notfall im Orbit für ein Ausweichmanöver zuverlässig zu zünden. Das RHEFORM-Team konzentrierte sich daher auf die Erforschung von Katalysatoren, um niedrigere Temperaturen zum Vorwärmen des Katalysators zu erzielen. Dabei stellten DLR-Wissenschaftler am Prüfstand M11 in Lampoldshausen ein 22-Newton-Triebwerk mit dem erforschten Katalysator für ADN-basierte Treibstoffe unter Vakuumbedingungen auf den Prüfstand. In einem weiteren Teilprojekt von RHEFORM konzentrierten sich die Untersuchungen insbesondere auf die thermische und laserbasierte Zündung, um den ADN-basierten Treibstoff verbrennen zu können. Bislang befindet sich ein solcher Treibstoff, hergestellt von der Firma ECAPS und getestet beim DLR in Lampoldshausen, in 13 SkySat-Satelliten im Einsatz und verdeutlicht damit das große Potenzial von alternativen Treibstoffen für die Zukunft.
Grüne Treibstoffe entwickeln: Einmalige Forschungsinfrastruktur des DLR Lampoldshausen
Am Standort Lampoldshausen verfügt das DLR über eine europaweit einmalige Infrastruktur, um den gesamten Prozess von der Entwicklung über die Herstellung bis hin zum Test neuartiger Treibstoffe zu erforschen. So leistet es einen entscheidenden Beitrag, die Zukunft der Raumfahrt zu sichern, nachhaltiger zu gestalten und entscheidende Technologien voranzubringen.
Schwerpunktmäßig entwickeln, verbessern und qualifizieren die DLR-Forscher dazu fortschrittliche, grüne Raketentreibstoffe. Dazu zählen beispielsweise ADN-haltige Treibstoffe, gelförmige Treibstoffe, Wasserstoffperoxid (H2O2), ionische Liquide, Treibstoffkombinationen für Hybridraketen sowie Lachgas/Kohlenwasserstoff-Mischungen. Diese werden in umfangreichen Versuchen getestet, zum Beispiel dient der Prüfstandkomplex M11 dazu, diese Treibstoffe auf Verbrennungs-, Zünd-, Injektions- sowie das Förderverhalten von Treibstoffen vom Tank in die Brennkammer zu untersuchen. Der Einsatz modernster Messtechnik wie High-Speed-Kameras, hochauflösende Druck-, Temperatur- und Schubsensoren ermöglicht eine zielgerichtete Analyse der verwendeten Treibstoffe, Injektoren und Brennkammern. Zusätzlich setzen die DLR-Forscher am Prüfstand optische Brennkammern zur visuellen Untersuchung der Verbrennungsprozesse ein und können auftretende Wärmelasten erkennen und auswerten.
