Abgeschlossene Projekte

ASCenSIon

ASCenSIon war ein von der Europäischen Kommission im Rahmen von Horizon 2020 finanziertes innovatives Ausbildungsnetzwerk, mit dem Ziel zu einem nachhaltigen und unabhängigen Weltraumzugang für Europa beizutragen. Zu diesem Zweck sorgte ein Konsortium aus 24 Partnern dafür, dass 15 Doktoranden zu herausragenden Spezialisten auf ihrem Gebiet ausgebildet wurden und ein umfassendes Verständnis für die Komplexität, Multidisziplinarität und Internationalität der Trägerraketenentwicklung erlangten. Das Akronym steht für "Advancing Space Access Capabilities - Reusability and Multiple Satellite Injection" und beschreibt den Schwerpunkt des Projekts auf der Erforschung verschiedener Bereiche des Weltraumzugangs. Die drei Hauptforschungsbereiche des Projekts waren Antriebstechnologien und ihre Wiederverwendbarkeit, Steuerung, Navigation und Kontrolle (Guidance, Navigation and Control - GNC) sowie die Thermodynamik des Wiedereintritts und der sicheren Rückführung. Das Herzstück des Projekts sind die 15 Early Stage Researchers (ESRs), talentierte Doktoranden verschiedener Fachrichtungen, Nationalitäten und Altersgruppen, die in verschiedenen Ländern Europas immatrikuliert waren und für einen Zeitraum von 36 Monaten im Projekt beschäftigt wurden. Das ASCenSIon-Konsortium wurde von der Technischen Universität Dresden koordiniert und das Projekt wurde mit einer eigens organisierten Konferenz in Dresden 2023 abgeschlossen.

MACARONIS

Im Rahmen des durch das Land Sachsen mit EFRE-Mitteln geförderten Projekts "MAnufactured Ceramic AeROspike Nozzle In Space" (MACARONIS) wurden additiv aus Keramik gefertigte Aerospike-Triebwerke für die Anwendung in Kaltgasantriebssystemen für Satellitenanwendungen untersucht. Dies erfolgte sowohl durch numerische Simulationen als auch mittels zahlreicher Experimente und dem Aufbau eines Antriebsystemdemonstrators. Durch die Zuhilfenahme der additiven Fertigung können für viele Werkstoffe gänzlich neue Anwendungsformen und -felder erschlossen sowie neue Leistungssteigerungs- und Masseeinsparpotentiale erzielt werden. Dies ist unter anderem für den Technologietreiber Luft- und Raumfahrttechnik unbedingt erforderlich. Das große Interesse der Luft- und Raumfahrttechnik an additiv fertigbaren Keramiken besteht aufgrund einer Vielzahl vorteilhafter Materialeigenschaften wie z.B. geringer Dichte, großer Wärmebeständigkeit und hoher Festigkeit.  In einem gemeinsamen Forschungsvorhaben des Instituts für Luft- und Raumfahrttechnik (ILR) der TU Dresden mit dem Fraunhofer Institut für keramische Technologien und Systeme (IKTS) wurden diese vorteilhaften Charakteristiken additiv gefertigter Keramikbauteile in ein Antriebskonzept für Satelliten überführt. Innerhalb des Projektes ein Kaltgas-Satellitentriebwerks mit keramischer Düse entwickelt, welches in zukünftigen Weltraummissionen experimentell erforscht werden kann. Diese Entwicklung wurde in Form eines Antriebsdemonstrators unter Verwendung von Stickstoff als Arbeitsgas umgesetzt. Als Basis für den entwickelten Antrieb dienten dabei am ILR erforschte Aerospike-Triebwerke.

CFDµSAT

Innerhalb des Projekts CFDµSAT wurde im Rahmen des Vorhabens Agent3D (gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung innerhalb der Innovationskampagne Zwanzig20) die additive Fertigung metallischer Komponenten für Raketentriebwerke untersucht. Der Fokus lag hierbei auf Injektorköpfe und Kühlkanäle für neuartige Triebwerkskonzepte. Die gesamtheitlich im Projekt betrachtete Prozesskette zur Fertigung komplexer fluidtechnischer Komponenten umfasste die Konstruktion, die additive Fertigung mittels Laser Powder Bed Fusion (LPBF), die Nachbearbeitung funktionaler Oberflächen, die Qualitätssicherung und das Testing. Durch den Einsatz von Simulationen und der experimentellen Untersuchung von Einzelstrukturen konnte die Konstruktion der finalen Komponenten unterstützt werden. Mittels LPBF gefertigte Strukturen weisen verhältnismäßig hohe Oberflächenrauheiten und Form- und Lagetoleranzen auf, welche die Anforderungen vieler fluidtechnischer Anwendungen initial nicht erfüllen. Aus diesem Grund wurden die Nachbearbeitungsverfahren abrasives Strömungsschleifen (Abrasive Flow Machining – AFM) und Laserbohren untersucht, um einerseits innenliegende Kanäle nachzuarbeiten und andererseits feine Löcher definiert einzubringen. Zum Abschluss des Projekts wurde aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen, zusammen mit den Kooperationspartner des Fraunhofer Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) sowie dem Institut für Werkstoffwissenschaften (IfWW) der TU Dresden, ein Aerospike-Triebwerk mittels LPBF additiv gefertigt, welches für zukünftige Testkampagnen zur Verfügung steht.

ACTiVE

Im Rahmen des durch das Land Sachsen geförderten Projekts "AerodynamiC Thrust VEctoring" (ACTiVE) wurden Aerospike-Triebwerke mit aerodynamischer Schubvektorsteuerung untersucht. Dies erfolgte sowohl durch numerische Simulationen als auch mittels zahlreicher Kaltgasexperimente. Aerospike-Triebwerke mit aerodynamischer Schubvektorsteuerung sind eine innovative Triebwerksform mit hohem Anwendungspotential für eine Vielzahl von Raumfahrzeugen. Bespielhaft genannt sei hier die Verwendung in Oberstufen von Trägerraketen und in Satelliten zur Orbit- und Lagesteuerung. Die Forschungsgruppe Raumtransportsysteme erforscht diese innovative Triebwerksform, um eine breitere Verwendbarkeit in der Raumfahrtindustrie zu untersuchen. Die Vorteile von Aerospike-Düsen gegenüber konventionellen Glockendüsen sind zahlreich: gesteigertes Leistungspotential auf Grund der kontinuierlichen Anpassung an den Umgebungsdruck, dadurch verbesserte Treibstoffausnutzung, eine kompakte und hochintegrierte Bauform, sowie Masseersparnis durch vereinfachte Integration. Das Aerospike-Düsenkonzept mit aerodynamischer Schubvektorsteuerung wurde in verschiedenen Kaltgasversuchsaufbauten untersucht, um die Einflussparameter für die Erzeugung von Schub- und Steuerkräften charakterisieren zu können. Zum Einen wurde hierfür an der Professur für Raumfahrtsysteme ein Kaltgasdüsenmessstand aufgebaut, um die Kraftgenerierung einer Vielzahl an additiv gefertigter Düsenvarianten vermessen zu können. In weiterführenden Experimenten wurde in Zusammenarbeit mit dem DLR Institut für Raumfahrtantriebe in Lampoldshausen an einem Großversuchsstand die Druckverteilung an der Düsenoberfläche vermessen. Auf diesen Untersuchungen aufbauend können dann ingenieurstechnische Modelle zur Beschreibung der Düsenströmungen erarbeitet und erfolgversprechende Anwendungen auf ihre Realisierbarkeit hin überprüft werden. Das Vorhaben war europaweit einzigartig und konnte dadurch neue Forschungs- und Anwendungsfelder für die sächsische Industrie- und Forschungslandschaft eröffnen. So konnten zum Jahresanfang 2020 drei Folgeprojekte gestartet werden. Aufbauend auf dem Projekt ACTiVE wurde ein 500 N Aerospike-Triebwerk durch das Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) additiv gefertigt. Diese Triebwerk wurde im Jahr 2019 im Rahmen einer Heißgas-Testkampagne durch die Forschungsgruppe Raumtransportsysteme untersucht.

RDRS

POLARIS entwickelt wiederverwendbare Mehrzweck-Raumflugzeuge, die auf ersten Konzepten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR e. V.) aus den Jahren 2015-2018 basieren. Zu den besonderen Merkmalen gehören das flugzeugähnliche Starten und Landen auf konventionellen Start- und Landebahnen sowie die Möglichkeit, die Einsatzbasis autonom zu wechseln. Die Wiederverwendbarkeit und der flugzeugähnliche Betrieb führen zu potentiellen Kostensenkungen im Vergleich zu herkömmlichen Raketen und ermöglichen mehr Reaktionsfähigkeit, Flexibilität und Sicherheit für Trägersysteme. Die bei POLARIS in der Entwicklung befindlichen Horizontalstart-Raumflugzeuge bieten eine Multi-Missions-Fähigkeit, die verschiedene kommerzielle und verteidigungsrelevante Missionsszenarien abdeckt, darunter Satellitenstarts, orbitaler Frachttransport sowie zukünftige bemannte Raumfahrt. Innerhalb des Projekts "Rapid Deployable Reconnaissance System" (RDRS) wurde im Auftrag von POLARIS innerhalb der Forschungsgruppe Raumtransportsysteme eine Konzeptstudie durchgeführt, welche die Eignung von Aerospike-Triebwerken für solche Mehrzweck-Raumflugzeuge untersucht. Aerospike-Triebwerke erscheinen aufgrund ihrer kontinuierlichen Anpassung an wechselnde Umgebungsdrücke besonders interessant für solche Fahrzeuge mit einem vielfältigen Höhenprofil.

SMART-Rockets

Auf der Grundlage des Förderprogramms STudentische Experimental-RaketeN (STERN) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelten Studierende aus verschiedenen Semestern im Rahmen ihres Studiums an der TU Dresden eine kleine Höhenforschungsrakete. Bemerkenswert ist, dass es das einzige Projekt im Rahmen von STERN war, welches sich an die Entwicklung einer Rakete mit Flüssigtreibstoffen wagte. In diesem Projekt mit dem Namen SMART-Rockets wurde eine Vielzahl von Studierenden mit dem Thema Kleinraketen und all ihren Subsystemen vertraut gemacht, die wiederum denen von großen Trägerraketen ähneln. Dadurch erhielten sie einen vollständigen systemübergreifenden Überblick über ein komplexes technologisches System, vom Entwurf bis zur Qualitätskontrolle. Im Rahmen des Projekts wurde auch ein transportabler Prüfstand für eine Brennkammer mit einer Schubkraft von 500 N konstruiert, gefertigt und validiert.  An diesem Prüfstand lernten die Studierenden den Umgang mit den Fluiden Flüssigsauerstoff (LOX), Flüssigstickstoff (LN2) und Ethanol und entwickelten und qualifizierten einen neuartigen Injektor mit zugehöriger Brennkammer. Obwohl der Start der geplanten MIRA-Rakete im Rahmen des Projekts nicht realisiert werden konnte, wurden das gesamte Antriebssystem und eine Vielzahl anderer Komponenten innerhalb von SMART Rockets fertiggestellt.