Thermalstabile Strukturen für Raumtransportsysteme
Leicht. Robust. Temperaturbeständig.
Der Forschungsbereich Thermalstabile Strukturen für Raumtransportsysteme entwickelt Lösungen für Bauteile und Struktursysteme, die extremen thermischen und mechanischen Belastungen standhalten müssen. Raumfahrtsysteme durchlaufen Temperaturbereiche von kryogenen –250 °C bis über +2000 °C, während gleichzeitig hohe thermische Gradienten auftreten, die erhebliche Wärmedehnungen in den Materialien erzeugen.
Um diese Herausforderungen zu meistern, betrachten wir immer das gesamte Struktursystem – von der Werkstoffwahl über das Dehnungsmanagement bis hin zur Funktionsintegration. Unser Ziel ist es, hochleistungsfähige, temperaturstabile und dehnungskompatible Strukturen für wiederverwendbare Raumfahrzeuge, Triebwerkskomponenten und zukünftige Trägersysteme zu realisieren.
Der Forschungsbereich deckt die gesamte Prozesskette ab: Werkstoffdesign, Simulation, Fertigung, Validierung und flugtaugliche Demonstratoren.
Forschungsschwerpunkte
Im Mittelpunkt stehen Material-, Struktur- und Fertigungskonzepte, die den extremen Bedingungen von Raumtransportsystemen gerecht werden. Durch die Verbindung von metallischen, faserkeramischen und Faserverbundmaterialien mit digitalen Entwurfs- und Fertigungsmethoden entstehen leistungsfähige, multifunktionale Systemstrukturen.
Schwerpunkte im Überblick:
- Thermalschutz und kryogene Systeme: Entwicklung von Strukturelementen, die gleichzeitig extreme Hitze und kryogene Kälte beherrschen wie z. B. kryogene Tanksysteme mit aufgesetztem Thermalschutz für wiederverwendbare Raumtransporter
- Dehnungskompatible hybride Strukturen: Kombination unterschiedlicher Materialien (z. B. Metall–Verbund–Keramik) mit gezieltem Dehnungsmanagement für thermische Gradienten.
- Hitzebeständige Strukturkeramiken: Einsatz von oxidationsstabilen keramischen Werkstoffen für Schubkammern und Düsen.
- Segmentierte Thermalschutzsysteme: Strukturen aus faserkeramischen Außenpaneelen auf Basis carbonfaserverstärkter (C/C) oder oxidationsstabiler Faserverbundwerkstoffe (Ox-CMC) für wiederverwendbare Raumtransporter.
- Lasttragende Raumfahrtstrukturen: Entwicklung von Landebeinen für vertikal landende Trägerstufen unter Kombination von Stoßlasten und Thermallasten.
- Experimentelle Validierung: Prüfung in flexiblen Testanlagen für thermische Zyklen, kryogene Bedingungen und mechanische Hochlasten.
- Flugversuche: Qualifikation von Strukturkonzepten unter realen Betriebsbedingungen.
Kooperationen und Technologietransfer
Um die entwickelten Strukturtechnologien in die Anwendung zu überführen, arbeitet der Forschungsbereich eng mit Industriepartnern, Raumfahrtagenturen und Universitäten zusammen. Ein Schwerpunkt liegt auf der schnellen Umsetzung neuer Strukturkonzepte in wiederverwendbaren Trägersystemen, Triebwerksanwendungen und Thermalschutzsystemen.
Besondere Bedeutung haben:
- Industrienahe Demonstratoren für thermalgeschützte Tanks, Triebwerkskomponenten und segmentierte TPS-Elemente.
- Technologietransfer in die europäische und nationale Raumfahrtindustrie.
- Unterstützung deutscher Raumfahrt-Start-ups, z. B. im Bereich Thermalschutz oder Hochtemperaturmaterialien.
- Zusammenarbeit mit Ausgründungen wie Black Engine oder Edge Rocket.
- Beitrag zur Wettbewerbsfähigkeit Europas im Bereich wiederverwendbarer Raumfahrtsysteme.