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Satelliten- und Orbitalantriebe

Prüfstand M11.2

Die Test­po­si­ti­on M11.2 ist mit ei­ner 2-stu­fi­gen Ejek­to­r­an­la­ge aus­ge­stat­tet, um beim Heiß­lauf ei­nes Sa­tel­li­ten­an­triebs va­ku­um­na­he Be­din­gun­gen auf­recht zu er­hal­ten. 

Credit: DLR (CC BY-NY-ND 3.0).

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Prüfstand M11.2

Vakuumtank am M11.2

In­ner­halb des Va­ku­um­tanks am M11.2 wer­den fort­schritt­li­che und grü­ne Sa­tel­li­ten­treib­stof­fe un­ter va­ku­um­na­hen Be­din­gun­gen ge­tes­tet. 

Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0).

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Vakuumtank am M11.2

Testcontainer am M11.5

Im Test­con­tai­ner am M11.5 wer­den grü­ne Ra­ke­ten­treib­stof­fe in For­schungs­brenn­kam­mern ge­tes­tet. Un­ter­sucht wer­den da­bei die Zün­dung, die In­jek­ti­on und die Ver­bren­nungs­ef­fi­zi­enz der Treib­stof­fe. 

Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0).

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Testcontainer am M11.5

Forschungskanal am M11.1

In­ner­halb die­ses For­schungs­ka­nals wer­den Küh­lungs­me­tho­den für Ra­ke­ten­trieb­wer­ke un­ter­sucht. Mit­tels op­ti­scher Mess­ver­fah­ren wird da­bei die Strö­mung sicht­bar ge­macht. 

Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0).

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Forschungskanal am M11.1

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Die Abteilung Satelliten- und Orbitalantriebe (SOA) des DLR-Instituts für Raumfahrtantriebe untersucht die Einsatzmöglichkeiten neuer, fortschrittlicher Treibstoffe und Antriebstypen für Luft- und Raumfahrtanwendungen und die Erweiterung des Einsatzprofils bekannter Treibstoffe. Neuartige Treibstoffe wie ionische Liquide, umweltfreundliche und hypergol zündende Mischungen, gelförmige und hybride Treibstoffsysteme, sowie verbesserte kohlenwasserstoff-basierte Brennstoffe und die hierauf abgestimmte Antriebssysteme ermöglichen vielversprechende neue Einsatzgebiete und können die Luft- und Raumfahrt einfacher, günstiger und sicherer machen. Zur Untersuchung der verschiedenen Treibstoffe und Treibstoffkombinationen betreibt die Abteilung den Forschungsprüfstand M11, an dem Triebwerkstests an unterschiedlichen Testpositionen durchgeführt werden.
Zu den Arbeitsgebieten von SOA gehören insbesondere:

  • Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten an fortschrittlichen  „grünen Raketentreibstoffen“ (engl. Green Propellants) für Satelliten- und Orbitalantriebe: Schwerpunkt ist die Suche und Erforschung von lagerfähigen Treibstoffen als Alternative zu dem bisher in der Raumfahrt üblichen Hydrazinen, die giftig, krebserregend und schwierig in der Handhabung sind. Hierzu werden unter anderem energetische ionische Liquide (EIL), N2O-basierte Mischungen (HyNOx, NOFBx) und Wasserstoffperoxid H2O2/ High Test Peroxide (HTP) untersucht. Mischungen aus EILs und HTP können, gegebenenfalls unterstützt durch die Zugabe eines Katalysators, bei Kontakt selbsttätig reagieren, was ein Zündsystem überflüssig macht.
  • Die Arbeiten an gelförmigen Treibstoffen: Gele sind nicht-newtonsche Fluide und eröffnen die Möglichkeit, die Vorteile von Flüssig- und Festtreibstoffen zu kombinieren. Triebwerke mit gelförmigen Treibstoffen sollen sowohl wie Flüssigraketenantriebe geregelt werden können, als auch einfach wie Feststoffraketenantriebe zu handhaben und zu lagern sein. Forschungsschwerpunkte sind neuartige Treibstoffmischungen, die Verbrennungseigenschaften, sowie das Fließverhalten (Rheologie) und die Versprühung.
  • Entwicklungsarbeiten an Hybridraketenantrieben: Liegt der Oxidator in flüssiger oder gasförmiger Form und der Brennstoff als Feststoff vor, so wird der Antrieb als Hybridantrieb bezeichnet. Hybride Antriebe sind regelbar und haben aufgrund der räumlichen Trennung von Brennstoff und Oxidator sicherheitstechnische Vorteile. Forschungsthemen sind Brennstoffe mit hohen Regressionsraten zum Beispiel auf Basis von Paraffin, Additive – den Abbrand steigernde Zusatzstoffe – und der Einfluss verschiedener Oxidatoren wie gasförmiger und flüssiger Sauerstoff, Lachgas und Wasserstoffperoxid.
  • Forschungsarbeiten an luftatmenden Hochgeschwindigkeitsantrieben wie Staustrahlantrieben (Ramjets und SCRamjets): Staustrahlantriebe sind für zivile und wehrtechnische Anwendungen interessant, da mit ihnen größere Distanzen bei einer höheren Effizienz als mit konventionellen Raketenantrieben zurückgelegt werden können. Im atmosphärennahen Bereich können mithilfe von Staustrahlantrieben große Geschwindigkeiten und Höhen erreicht werden, was den Zugang zum Weltraum erleichtern kann.

Die Abteilung Satelliten- und Orbitalantriebe ist national und international mit zahlreichen Forschungseinrichtungen, Universitäten und Industrieunternehmen sowie der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) stark vernetzt. So wurden EU FP-7 und H2020-Projekte bearbeitet und teilweise auch geleitet. Weiterhin bestehen Kooperationen mit Industrieunternehmen wie ArianeGroup, Bradford ECAPS, Bayern-Chemie, DawnAerospace oder HyImpulse Technologies, Forschungseinrichtungen wie Swedish Defence Research Agency (FOI), Forschungs- und Technologietransfer GmbH (FOTEC), Fraunhofer-Gesellschaft, Von Karman Institut für Strömungsmechanik (VKI) und Warsaw Institute of Aviation, sowie Universitäten wie der Uni Stuttgart, der TU Delft und der Politechnico di Milano (PoLiMi). In verschiedenen Aufträgen der ESA werden neue, fortschrittliche Treibstoffe analysiert, charakterisiert und getestet.

 

Struktur der Abteilung
01 Fortschrittliche Treibstoffe

Fortschrittliche Treibstoffe

Das DLR Lampoldshausen hat eine hohe Kompetenz im Bereich zukünftiger Raketentreibstoffe aufgebaut. DLR-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickeln, analysieren, bewerten und testen „Green Propellants“ in enger Zusammenarbeit mit Industrie, Universitäten und internationalen Forschungseinrichtungen. Die Prüfstände und Forschungsaufbauten in Lampoldshausen tragen wesentlich zur Entwicklung von Weltraumantrieben mit fortschrittlichen Treibstoffen bei.

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02 Versprühung

Versprühung

Neue fortschrittliche Treibstoffe weisen teilweise andere Strömungs- und Versprühungseigenschaften auf. Diese werden in Lampoldshausen im Detail untersucht.

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Gelförmige Treibstoffe vereinen Vorteile von Flüssigantrieben und Feststoffantrieben durch ihre Eigenschaft unter Scherspannungseinfluss aus einem festen Zustand fließfähig zu werden.

Gelförmige Treibstoffe

Gelförmige Treibstoffe vereinen Vorteile von Flüssigantrieben und Feststoffantrieben durch ihre Eigenschaft unter Scherspannungseinfluss aus einem festen Zustand fließfähig zu werden.

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04 Hybridrakete

Hybridraketenantriebe

Am Forschungsprüfstand M11 können sogenannte Hybridraketenantriebe getestet werden. Sie basieren auf der Treibstoffkombination Paraffin als Feststoff und Sauerstoff oder Lachgas als Oxidator.

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Staustrahlantriebe 16-9

Staustrahlantriebe

Das Schlierenverfahren wird am Prüfstand M11.1 genutzt, um Phänomene in Überschallströmungen von Staustrahltriebwerken sichtbar zu machen. Überschallverbrennende Staustrahltriebwerke, den sogenannten Scramjets, werden für schnelle Flüge in großer Flughöhe eingesetzt.

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Kontakt
Dr. Christoph Kirchberger
Abteilungsleitung Satelliten- und Orbitalantriebe, Hardthausen

Dr. Lukas Werling
stellv. Abteilungsleitung Satelliten- und Orbitalantriebe, Hardthausen

Angela Muth
Sekretariat, Hardthausen

Download
Handout M11 (0.06 MB)
Links
Helmholtz
Faktenbox
  • Höchster statischer Druck

    >600 bar

    HyNOx - Zündmessstrecke

  • Längste Brennzeit

    600 s

    HyNOx - Triebwerk

  • Kürzeste Brennzeit

    25 ms

    Satellitentriebwerk im Pulsbetrieb

  • Satellitentriebwerk am Prüfstand M11.2

    1 N

    Maximaler Schub

  • Versuche am Prüfstand M11 im Jahr

    >250

    Heißtests

  • Hochgeschwindigkeits-kamera am M11.3

    480000 fps

    Maximale Bildwiederholungsrate

  • Vakuumkammer am Prüfstand M11.2

    250 N

    Maximaler Schub der Versuchstriebwerke

  • Gel-Verbrennung am Prüfstand M11.4

    >80 bar

    Maximaler Brennkammerdruck

  • Vakuumkammer am Prüfstand M11.2

    <5 mbar

    Minimaler Druck für Zündversuche

  • Hybridraketenmotor Prüfstand M11.5

    10 kN

    Maximaler Schub

  • Lufterhitzerprüfstand M11.1

    1500 K

    Maximale Totaltemperatur

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