Raumfahrt: Neuer Schub für Ariane

Produktion und Test der neuen Schubkammer "Vinci"

Die europäische Raumfahrt bekommt eine neue Rakete: Ariane 6. Herz des Modells ist das Vinci-Oberstufentriebwerk der nächsten Generation. Die Schubkammer des Triebwerkes und andere wichtige Teile kommen aus Deutschland. Wie funktionieren Technik und Fertigung?

Schub von 180 Kilonewton

Eine Rakete braucht viel Energie um die Erdanziehung zu überwinden. Bei der Ariane zündet zunächst die Hauptstufe und sogenannte Feststoffbooster. Anschließend übernimmt die Oberstufe mit dem Vinci-Triebwerk. Entscheidend für die optimale Fortbewegung im All sind energieeffiziente Triebwerke, die sich mehrmals wiederzünden lassen – Vinci kann bis zu fünfmal zünden. Das Herz des Triebwerks – die Brennkammer – wird im bayerischen Ottobrunn gefertigt, gefördert u. a. vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

In der Brennkammer läuft die eigentliche Verbrennung ab, die den Schub von 180 Kilonewton erzeugt. Vinci arbeitet mit tiefkaltem, kryogenem Wasserstoff (LH2: Liquid Hydrogen bei -253°C) als Brennstoff und tiefkaltem Sauerstoff (LOX: Liquid Oxygen bei -180°C) als Oxidator – das sogenannten Expander Cycle: Zuerst umströmt der Treibstoff die Brennkammer, kühlt sie herunter und verdampft dabei. Die entstehenden Gase werden als Antriebsmedium für die Treibstoffpumpen genutzt und anschließend zusammen mit dem Oxidator in die Brennkammer geleitet und verbrannt.

3D-Druck und Pulvermetallurgie

Neben der ArianeGroup in Ottobrunn sind zahlreiche deutsche Kleine und Mittlere Unternehmen (KMU) an dem Projekt beteiligt. Viele metallische Dreh- und Frästeile stammen von bayerischen Mittelständlern, beispielsweise Schläuche und Dichtungen.

Für die Fertigung des Vinci-Oberstufentriebwerks kommen Techniken wie 3D-Druck und Pulvermetallurgie zum Einsatz. Denn bei beiden Verfahren können die hergestellten Teile nahezu ohne mechanische Nachbearbeitung in hoher Stückzahl auch bei komplexer Struktur hergestellt werden. Verschiedene teure Fertigungsschritte können eingespart und die Triebwerksstruktur vereinfacht werden – die Kosten sinken so erheblich.

Preisdruck auch im Weltraum

Die Kosteneinsparungen in der Produktion sind notwendig, denn die Situation auf dem Raumfahrttransportsektor hat sich in den letzten Jahren entscheidend geändert. „Die europäischen Träger sind wachsender Konkurrenz und einem intensiven Wettbewerb auf dem Weltmarkt ausgesetzt, der den Preisdruck auch künftig weiter steigen lässt“, erklärt Denis Regenbrecht, der im Raumfahrtmanagement des DLR für das Ariane-Programm zuständig ist. „Eine Antwort hierauf ist die Ariane 6, deren Startkosten im Vergleich zum europäischen Vorgängermodell Ariane 5 um rund die Hälfte reduziert werden sollen.“

Der Vorgänger Ariane 5 zählt mit 79 erfolgreichen Starts zu den sichersten Trägerraketen überhaupt. Damit auch ihr Nachfolger sicher seine Nutzlasten ins All transportiert, werden die Triebwerke sorgfältig getestet. Das geschieht auch mit dem Vinci-Triebwerk der neuesten Generation am Institut für Raumfahrtantriebe des DLR-Standorts in Lampoldshausen. Der Erstflug der Ariane 6 ist für 2020 geplant.

Bild: DLR / Die Schubkammer, das Herz des Vinci-Triebwerks

Mehr zum Thema Raumfahrt gibt es in der aktuellen Printausgabe (03/2017) der Ingenieur-Nachrichten.