DLR Magazin 150 - page 40-41

Zukünftige Trägerraketen zünden mit Lasern
Von Dr.-Ing. Chiara Manfletti, Michael Börner, Gerhard Kroupa und Dr.-Ing. Sebastian Soller
D
ezember 2014, Luxemburg. Der Ministerrat der Europäischen Weltraumorganisation ESA
beschließt, eine neue Trägerrakete zu entwickeln: die Ariane 6. Sie soll Europa weiterhin den
unabhängigen Zugang zum Weltall garantieren. Mit einem eigenen europäischen Trägersystem
lassen sich aber nicht nur Europas Raumfahrtprojekte ins All bringen, ein wettbewerbsfähiges
Trägersystem kann auch weltweit kommerziell genutzt werden.
Die neue Rakete ist Teil einer europäischen Trägerfamilie, bestehend aus der großen Ariane 6 und
der kleineren, aber nicht weniger wichtigen VEGA-C. Beide zusammen werden das Rückgrat der
aufeinander abgestimmten europäischen Raumtransportaktivitäten sein. Europas Trägerraketen
ermöglichen spektakuläre Projekte: Die Kometenmission Rosetta und die ATV-Versorgungsflüge
zur Internationalen Raumstation ISS sind herausragende Beispiele. Doch auch für Großprojekte
zur Stärkung der europäischen Souveränität, wie das Galileo-Satellitensystem, sind europäische
Trägerraketen von großer Bedeutung.
Diese neue Trägerfamilie basiert unter anderem auf dem Feststoffbooster P120C, der speziell für
die neue Trägergeneration entwickelt wird. Zudem werden Technologien, die heute schon in der
Ariane 5 eingesetzt werden, wie das Vulcain 2-Triebwerk, derzeit weiter verbessert. Eine tragen-
de Rolle im wahrsten Sinn des Wortes wird dabei die Laserzündung spielen. Bei der Laserzün-
dung wird ein kurzer Laserpuls mittels einer Linse gebündelt, wodurch ein mehrere tausend Grad
Celsius heißes Plasma entsteht. Der sich daraus entwickelnde Flammenkern wächst zu einer
Verbrennungszone und zündet so die Brennkammer.
Es war aber nicht immer so, dass Laser für das Zünden von Triebwerken in Erwägung gezogen
wurden. Erste Ideen in den Siebzigerjahren des letzten Jahrhunderts scheiterten an den benötig-
ten hohen Energiedichten des Laserpulses und an den komplizierten Bauformen: Damals waren
die Laser noch tischgroße, temperatursensible und wartungsintensive Systeme. Um ein Plasma in
der Luft zu erzeugen, muss das Lasersystem eine Intensität von einer Billionen Watt pro Quadrat-
zentimeter generieren. Diese Laserpulsintensitäten können mit ausreichend kompakten Lasern
nur durch sehr kurze Laserpulse im Nanosekundenbereich, also in Milliardstel Teilen einer Sekun-
de, erreicht werden.
INS ALL MUSS MAN
ERST MAL KOMMEN
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Vor dem Start steht der zündende Moment: Bevor sich eine mehrere hundert Tonnen schwere Weltraumrakete erhebt, muss das Triebwerk zuverlässig
gezündet werden. Laserpulse könnten zukünftig dabei die tragende Rolle spielen. Das Bild zeigt die Versuchsbrennkammer am DLR-Teststand M3.1
mit integriertem HiPoLas-Laser: Die gläserne Brennkammer sowie Druck- und Temperatursensoren erlauben es, die Treibstoffeinspritzung und das
Zündverhalten genau zu studieren.
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