Erste Zündung für Europas stärkstes Raketentriebwerk

Zuendung Raketentriebwerk Vulcain 2.1

Das neue Raketentriebwerk Vulcain 2.1 soll in zwei Jahren die europäische Trägerrakete Ariane 6 ins All katapultieren. Zuvor wird es ausgiebig getestet. Die erste Belastungsprobe hat die Technik jetzt bestanden.

Vulcain 2.1 entwickelt eine Schubkraft von 130 Tonnen. Die Temperatur in der Brennkammer erreicht rund 3.000 Grad Celsius. Hinzu kommen hohe Drehzahlen der Turbopumpen und enorme Drücke in den Treibstoffleitungen. Ingenieure des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben das von der ArianeGroup entwickelte Triebwerk am 22. Januar im Prüfstand P 5 in Lampoldshausen erstmals auf die Probe gestellt.

In zehn Minuten auf 150 Kilometer Höhe

„Nur mit kontinuierlichen Tests, bei denen wir uns Schritt für Schritt dem realen Einsatz im All nähern, kann das Triebwerk für die Hauptstufe auf seine Funktionsfähigkeit hin untersucht werden“, erläutert Prof. Stefan Schlechtriem, Direktor des DLR-Instituts für Raumfahrtantriebe. Insgesamt zwölf Versuche sind für die erste Testkampagne beim DLR geplant.

Vorgängermodell war das Hauptstufentriebwerk Vulcain 2. Es ist mit der derzeitigen Trägerrakete Ariane 5 im Einsatz und hat bisher 70 erfolgreiche Flüge absolviert. Der Nachfolger Vulcain 2.1 soll kostengünstiger und noch effizienter arbeiten. Dafür sorgen u. a. ein im 3D-Druck gefertigter Gasgenerator, eine neu konstruierte Düse und die Zündung der Brennkammer mit einem Bodensystem. Vulcain 2.1 wird die Trägerrakete Ariane 6 zukünftig in den ersten zehn Flugminuten auf eine Höhe von 150 Kilometern zu befördern. Der erste Test des DLR dauerte elf Minuten.

Ziel der sieben Monate langen Testkampagne ist es, alle relevanten Triebwerkskenndaten des Hauptstufentriebwerks exakt zu erfassen. „Nur wer diese Kennzahlen genau kennt, kann in das sensible Gefüge aus mechanischen und elektronischen Komponenten eingreifen, und so das Triebwerk bis zu seiner technischen Reife hin qualifizieren“, betont Prof. Stefan Schlechtriem.

Grenzen des Triebwerks austesten

Der erste Versuch orientierte sich noch an dem bereits etablierten Vulcain-2-Triebwerk der derzeitigen Ariane. So wurden beispielsweise alle pyrotechnischen Zünder beibehalten, um das neue Triebwerk mit dem alten Triebwerk vergleichen zu können. Beim nächsten Versuchslauf wird die Zündung der Brennkammer mittels Propangas vom Prüfstand aus erfolgen. Zum Ende der Testkampagne wird das Triebwerk dann in seiner endgültigen Flugkonfiguration im DLR-Prüfstand erfolgreich seine Generalprobe für den Flug ins All absolvieren müssen.

„Bei den Tests geht es uns aber nicht nur darum, diese Technologien unter regulären Betriebsbedingungen zu erproben. Wir müssen ihr Verhalten auch jenseits der im Flug üblichen Belastungen verstehen können – das heißt zum Beispiel bei höheren Temperaturen, bei höheren und niedrigeren Brennkammerdrücken und Treibstoffmischungsverhältnissen“, ergänzt Anja Frank, Leiterin der Abteilung Versuchsanlagen beim DLR Lampoldshausen. „So können wir am Entwicklungstriebwerk testen, wo die Grenzen des Vulcain-2.1-Triebwerks liegen.“

Die Tests sollen vor allem eine große Menge Daten liefern. Denn für das finale Design des Hauptstufentriebwerks ist die genaue Kenntnis der Drücke, der Temperaturen in den Treibstoffleitungen, der Drehzahlen der Turbopumpen, der Drücke in Gasgenerator und Brennkammer sowie der während eines Heißlaufs entstehenden Vibrationen ausschlaggebend.