HIFLIER – Hypersonic Flight Research Experiment
Mattias Forsberg, SSC
Hyperschall-Flugexperimente: Von HIFiRE 5 zu HIFLIER
Im Flugexperiment HIFiRE 5 wurden vier keramische Finnen montiert, deren Erwärmung während des Fluges sowie der Zustand der scharfen Vorderkanten nach der Mission untersucht wurden. Die vielversprechenden Ergebnisse führten zu einem weiteren Einsatz im Rahmen der HIFLIER 1-Mission. Hier waren die Finnen zusätzlich mit einer Effusionskühlung ausgestattet. Die Messergebnisse bestätigten eine deutlich verbesserte Kühlwirkung im Vergleich zu ungekühlten Varianten.
In Zusammenarbeit zwischen dem Air Force Research Laboratory (AFRL), dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt - Mobile Raketenbasis (DLR-MORABA) und der Swedish Space Corporation (SSC) wurde das Hypersonic Flight Research Experiment (HIFLIER) vom Esrange Space Center in Kiruna, Schweden, gestartet.
Die einstufige Black Brant Höhenforschungsrakete hob am 10. Oktober 2023 um 10:00 CEST ab und erreichte ein Apogäum von 190 km. Während des Fluges wurde sowohl beim Aufstieg als auch beim Wiedereintritt die gewünschte Geschwindigkeit von bis zu Mach 6 erreicht.
Das Experiment des AFRL konzentrierte sich auf die Messung der aerodynamischen Aufheizungseffekte, indem der Umschlag der Grenzschicht von laminar zu turbulent am Vorderteil der Rakete untersucht wurde. Über 250 Sensoren und ein Hochgeschwindigkeits-Datenerfassungssystem, entwickelt von GoHypersonic Inc, kamen zum Einsatz und demonstrierten hierbei bahnbrechende Technologien zur Datenerfassung und -aufbereitung.
FinEx-Experiment: Transpirationskühlung für Keramikfinnen getestet
In diesem Zusammenhang führten wir das FinEx-Experiment durch, welches den Einsatz der Transpirationskühlung als neuartige Kühmethode an Finnen mit scharfen Vorderkanten für den Hyperschallflug zum Ziel hatte. Die Finnen wurden aus einem neuartigen, permeablen, kohlenstofffaserverstärkten-Siliziumkarbid (C/C-SiC) Material hergestellt. Während eine Finne mit einer konstanten Kühlmittelmassenstromrate gekühlt wurde, kam an einer zweiten Finne ein aktiv geregeltes Kühlsystem zum Einsatz, welches am Institut für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart entwickelt wurde. Hierbei wird der Massenstrom des Kühlmittels in Echtzeit entsprechend der thermischen Belastung angepasst. Zwei zusätzliche Finnen waren ungekühlt und dienten somit als Referenz zur Untersuchung der Wirksamkeit der Transpirationskühlung.
Alle experimentellen Nutzlast- und Datensysteme arbeiteten zuverlässig und übermittelten Daten bis nach der Abtrennung des Raketenmotors. Basierend auf den erfassten Flugdaten erfüllten die Flugleistungen der Höhenforschungsrakete die Erwartungen. Die Daten werden derzeit im Detail analysiert, um weitere Erkenntnisse zu gewinnen.