Aus der Forschung
Liquid Fly Back Booster: Abtrennung der wieder verwendbaren Stufen von der Ariane 5 (künstlerische Darstellung). Das Konzept sieht vor, dass die Booster nach dem Eintritt in die Erdatmosphäre und einem Wendemanöver mit Hilfe von luftatmenden Triebwerken zum Startplatz zurückkehren. Bild: DLR.
Virtuelles Institut verbessert Weltraumtechnik
Bisher werden Trägerraketen wie Ariane mit Hilfsraketen, so genannten Boostern, in den Himmel geschossen. Diese Booster stürzen dann ausgebrannt in den Ozean. Mit wiederverwendbaren Boostern könnten Raumtransporte in Zukunft deutlich umweltfreundlicher und kostengünstiger werden.
Aber es gibt dabei einige vertrackte Probleme, die nun Wissenschaftler aus drei Instituten des DLR, aus der RWTH Aachen, der Universität Stuttgart und der TU München im Virtuellen Institut ReSpace untersucht haben. So haben die Booster meist Cluster von Schubdüsen, die im Heckbereich komplizierte Strömungsvorgänge und eine aerothermodynamische Überhitzung verursachen, die das Material zerstört.
Die Wissenschaftler haben nun untersucht, wie die Düsenströmungen mit der Außenströmung wechselwirken. „Unsere Experimente und numerische Simulationen zeigen, dass die Strömung im Heckbereich zeitlich stark schwankt, die Struktur ist daher Wechsellasten mit bestimmten Frequenzen ausgesetzt“, erklärt Dr. Ali Gülhan (DLR). Die heißen Strukturen können allerdings durch Transpirationskühlung sehr effizient gekühlt werden, zeigten die Forscher. Dafür muss nur eine sehr geringe Menge Kühlgas die Poren des keramischen Materials durchströmen. „Gasmengen von nur ein paar Gramm pro Sekunde genügen, um die Oberflächentemperatur einer keramischen Oberfläche von ca. 1000 °C auf 300 °C zu senken“, sagt Gülhan.
In fünfzehn bis zwanzig Jahren, so seine Prognose, werden Trägerraketen mit wieder verwendbaren Hilfsraketen starten. Die Ergebnisse werden nun in einem Fachbuch im Springer-Verlag veröffentlicht und die Zusammenarbeit geht auch nach dem Ende des Virtuellen Instituts weiter, unter anderem läuft ein Antrag auf einen Sonderforschungsbereich.
