Im Frühjahr 2019 wurde auf dem Prüfstand „Viererblock“ in Trauen erfolgreich das neuartige Hybridraketentriebwerk „AHRES-B“ getestet. Für die Forscher ein besonderer Grund zur Freude, denn Hybridraketentriebwerke sind grundsätzlich günstiger und sicherer als herkömmliche Raketenantriebe. Und nicht nur das.Â
Der Hybridantrieb AHRES-B ist zudem deutlich effektiver als alle seine Vorgänger. Der aktuelle Test beim Deutschen Zentrum für Luft– und Raumfahrt (DLR) hat gezeigt: Die technologische Entwicklung von Hybridraketentriebwerken ist jetzt weit genug fortgeschritten, um eingesetzt zu werden, beispielsweise auf Höhenforschungsraketen.
Explosionsgefahr gebannt
Der Vorteil: Hybridraketentriebwerke sind Kombinationen aus Feststoff- und Flüssigtriebwerken und vereinen die besten Eigenschaften beider Triebwerkstypen. Der flüssige Sauerstoff-Träger – in diesem Fall hochkonzentriertes Wasserstoffperoxid – und der feste Brennstoff HTPB (Hydroxyl-terminiertes Polybutadien) sind in AHRES-B zunächst getrennt und treffen erst in der Brennkammer aufeinander. Dadurch besteht während der Lagerung und des Betriebs keine Explosionsgefahr. Darüber hinaus sind die verwendeten Stoffe ungiftig und nicht umweltgefährdend.
Beim Testlauf in Trauen gelangte das katalytisch zersetzte Wasserstoffperoxid mit etwa 650 °C in den Brennstoffblock. Die frei werdende Wärme wurde in Bewegungsenergie – in einen Schub von etwa 2.700 Newton – umgewandelt. Dabei nutzte AHRES-B den Brennstoff über eine Zeit von 21 Sekunden vollständig aus und erzielte im Vergleich zu Vorversuchen eine Verdopplung der Abbrandrate. Die hohe Abbrandrate ist wichtig für den Entwurf eines effizienten und kompakten Triebwerks. Möglich machte dies eine innovative, verwundene „Finnengeometrie“.
Die Versuchsergebnisse des Validierungstests zeigen ganz klar: Das in den DLR-Projekten AHRES und ATEK entstandene und nun im DLR-Querschnittsprojekt Simulation Based Certification (SimBaCon) getestete Triebwerk AHRES-B ist weit effizienter als die bisherigen Hybridraketentriebwerke.
Die Entwicklung und die Betreuung der Fertigung des AHRES-B-Triebwerks wurden am DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik in Braunschweig durchgeführt. Die Versuchsvorbereitungen und die Inbetriebnahme erfolgten durch ein Team der Abteilung Raumfahrzeuge am institutseigenen Prüfstand für Hybridraketentriebwerke im Standort Trauen. Dieser Prüfstand verfügt über zahlreiche moderne Mess- und Steuerungseinrichtungen und ermöglicht den sicheren Versuchsbetrieb von Hybridraketentriebwerken. Deutschlandweit einzigartig ist die Infrastruktur für den sicheren, umweltschonenden Umgang mit großen Mengen Wasserstoffperoxids.
Validierung für neuen Raketenantrieb
Die Versuche dienen der Validierung der Entwurfssoftware AHRES, die im Querschnittsprojekt SimBaCon weiterentwickelt und überprüft wird. AHRES soll in ihrer Endversion einen Entwurf von Hybrid- und Feststofftriebwerken in Großausführung innerhalb von 100 Tagen erlauben. Durch den beschriebenen Versuch wurde belegt, dass die Software ausgezeichnet funktioniert.
Da die zugrundeliegenden numerischen Ansätze für Großtriebwerke ausgerichtet sind, wird nun in einer nächsten Versuchsphase das bereits im Bau befindliche Triebwerk „VISERION“ getestet, das über 30 Sekunden einen Schub von bis zu 15000 Newton erlaubt. Der Bau von VISERION erfolgt mit Unterstützung der Investitions- und Förderbank des Landes Niedersachsen (NBank).
AHRES-B auf den Bildern
Aufnahme während des Versuchslaufs des AHRES-B-Hybridraketentriebwerks: Beim Testlauf in Trauen mit dem AHRES-B-Hybridraketentriebwerk gelangte das katalytisch zersetzte Wasserstoffperoxid mit etwa 650 °C in den Brennstoffblock. Die frei werdende Wärme wurde in Bewegungsenergie – in einen Schub von etwa 2700 Newton – umgewandelt; Der Brennstoffblock mit Finnengeometrie links im Originalzustand, rechts nach Abbrand: Die innovtive Finnengeometrie ermöglicht es den Brennstoff vollständig auszunutzen und so eine hohe Abbrandrate zu erreichen.
