ATHEAt – Advanced Technologies for High Energetic Atmospheric Flight of Launcher Stages

Zuverlässige und wiederverwendbare Raumtransportsysteme lassen sich nur durch verifizierte Auslegungswerkzeuge und Technologien wirtschaftlich effizient entwickeln. Hierbei kommt es darauf an, mithilfe leistungsfähiger Simulationen den optimalen Mittelweg zwischen numerischen Berechnungen und praxisnahen Tests zu finden. Insbesondere reale Flugdaten aerothermodynamisch aufgeheizter Strukturen sind selten und daher von großer wissenschaftlicher Bedeutung. Da punktuelle Flugexperimente jedoch nicht alle offenen Fragestellungen beantworten können, erweist sich der Aufbau eines wissenschaftlich-technisch fundierten Flugprogramms mit aufeinander aufbauenden Hyperschall-Experimenten als zentral.

ATHEAt: ein anspruchsvolles Hyperschall-Flugexperiment

Im Rahmen des Projekts ATHEAt verfolgt das DLR das Ziel, gezielt Technologielücken für wiederverwendbare Raumtransportsysteme zu schließen und sich als unverzichtbarer Partner in der europäischen Raumfahrtentwicklung zu etablieren. Ein Forschungsschwerpunkt liegt auf der Entwicklung und Erprobung zweier Flugexperimente: ein Hyperschall-Experiment mit einer Machzahl von über 8 für eine Zeitdauer von mehr als 120 Sekunden sowie ein Flugexperiment mit einer einstufigen, innovativen Hybridrakete.

Thermalschutzsystem des Raketenvorkörpers: Fortschritt durch C/C-SiC-Technologie

Unser Institut ist im ATHEAt-Projekt in den Abteilungen Raumfahrt Systemintegration und Keramische Verbundstrukturen für den Entwurf und die Herstellung des Thermalschutzsystems (TPS) des Raketenvorkörpers verantwortlich. Dieses TPS muss extremen aerothermalen Belastungen standhalten. Aufbauend auf Erfahrungen aus dem STORT-Projekt wird das TPS eine thermisch stabile, segmentierte Außenstruktur aus C/C-SiC umfassen, die speziell für die anspruchsvolle Hyperschallflugbahn von ATHEAt mit einer Machzahl von 9-10 und einer Dauer von fast drei Minuten entwickelt wurde.

Innovative Experimente zur aktiven Kühlung und Steuerung

In Zusammenarbeit mit der Abteilung "Über- und Hyperschalltechnologien" des DLR-Instituts für Aerodynamik und Strömungstechnik wurden zwei Experimente zur aktiven Kühlung in die TPS-Struktur integriert. Zudem ist am Ende des Vorkörpers ein Modul mit vier über einen zentralen Aktuator steuerbaren Klappen angebracht, die wertvolle Daten zum realen Verhalten von Steuerflächen im Hyperschallbereich liefern werden.Auslegung, Fertigung und Qualifizierung einer flugfähigen faserkeramischen Düsenbaugruppe Im Laufe dieses Projekts wird ebenfalls von der Abteilung Keramische Verbundstrukturen eine faserverstärkte keramische Düsenerweiterung aus einer Kohlenstofffaser und einer Matrix aus Carbon und Siliziumcarbid für das im DLR konzipierte Hybridtriebwerk VISERION+ entwickelt, in Bodentests qualifiziert und im Erstflug demonstriert. Ziel dabei ist eine Steigerung des Düsenwirkungsgrads durch drastische Verringerung der Düsenabrasion, eine Verringerung des Baugruppengewichts sowie eine mögliche Wiederverwendbarkeit. Im Bodentest konnte dies bereits bestätigt werden, sodass die Vorbereitungen für den Flug begonnen haben.

ATHEAt-Flugexperiment erfolgreich getestet

Am 6. Oktober 2025 um 10:45 Uhr ist das Flugexperiment ATHEAt von Andøya Space im Norden von Norwegen erfolgreich gestartet. Über dem atlantischen Ozean flog das Experiment für insgesamt rund vier Minuten, davon zwei Minuten mit Geschwindigkeiten von über Mach 5 und einer maximalen Geschwindigkeit von Mach 9,3. Dieser Geschwindigkeitsbereich ist besonders interessant, denn bei diesen hohen Geschwindigkeiten entstehen am Flugkörper Temperaturen von über 2.000 Grad Celsius und es wirken enorme aerothermale Lasten auf Material und Strukturen – ähnlich wie beim Wiedereintritt von Raumfahrzeugen in die Erdatmosphäre. Während des Fluges erreichte die Forschungsrakete eine maximale Höhe von mehr als 30 Kilometern und eine Reichweite von über 300 Kilometern. Umfassende Messdaten konnten erfolgreich an die Bodenstationen von DLR und Andøya Space übertragen werden.

Das Hitzeschutzsystem auf Basis der C/C-SiC Faserverbundkeramik arbeitete dabei wie gewünscht und sicherte damit maßgeblich den Erfolg des Flugexperiments. Ebenso erfolgreich verliefen sowohl das Klappenexperiment und auch die beiden innovativen Experimente zur aktiven Kühlung sowie die Laser-Distanz-Messungen an den C/C-SiC Strukturen.

Die finale Auswertung der über 300 im Vorkörper verbauten Sensoren läuft aktuell weiterhin.