Zurück zur Stories Übersicht

Ab ins All

Delfter Studenten peilen mit ihrer Rakete einen neuen Höhenrekord an

print

Delft Aerospace Rocket Engineering (DARE) ist einer der ambitioniertesten Amateur-Raketenbau-Clubs der Welt. Zu Hause an der Technischen Universität im niederländischen Delft, teilen seine rund 130 Mitglieder einen großen Traum: das Erreichen des Weltalls. Mit den Materialien und Technologien von Oerlikon Metco kommen sie diesem Ziel einen beachtlichen Schritt näher.

 

Bis zum Jahr 2016 hielten die Delfter Studenten den europäischen Höhenrekord für von Studenten gebaute Raketen. Dann wurde er ihnen vom Team der Universität Stuttgart (DE) entrissen. Mit Stratos III, dem größten DARE-Projekt, wollen sie ihn jetzt wieder zurück in die Niederlande holen – und an den Erfolg der beiden Vorgängerprojekte, die Raketen Stratos I und Stratos II+, anknüpfen. Nun gilt es, eine Flughöhe von 32.300 m zu schlagen. Allerdings visiert die Gruppe um Felix Lindemann, dem Teamleiter von Stratos III, deutlich mehr an: »Wenn alles perfekt läuft, dann erreicht unsere Rakete eine Flughöhe von 60 bis 80 km«, erzählt er uns.

Einflussgröße Antrieb

Nur: Die mögliche Flughöhe hängt von einer großen Anzahl verschiedenster Parameter ab, »sodass eine solche Prognose stets gewagt ist«, wie Lindemann erklärt. Die Luftdichte am Startort und die Windbedingungen in der Atmosphäre sind nur zwei der Größen, die einen maßgeblichen Einfluss haben, aber nur bedingt kalkulierbar sind. Für die Raketenbauer hingegen steuerbar, und deshalb von entscheidender Bedeutung, ist die Brenndauer des Antriebs. Dieser erzeugt den nötigen Schub – und jede Zehntelsekunde Brenndauer schafft Höhenmeter. Darum wird der Antrieb während der Entwicklungsphase auch ausgiebig getestet: »Aktuell erreichen wir eine Brenndauer des Raketenmotors von 15 Sekunden. Unser Ziel ist es, diese auf 28 Sekunden zu steigern«, berichtet Felix Lindemann.

Heiße Düse

Längere Brenndauer heißt allerdings auch höhere Temperaturen an der Düse. Die Flamme an sich ist in der Brennkammer rund 3.000 K heiß, also etwas mehr als 2.700 Grad Celsius. Am Auslass der Düse beträgt die Temperatur immerhin noch etwa 2.000 K: »Diese Temperatur wird von der Form der Düse beeinflusst, die wiederum mitentscheidend für den Schub ist«, sagt Felix Lindemann und ergänzt: »Die Düse darf sich deshalb selbst unter so hohen thermischen Belastungen keinesfalls verformen.«

Um den Motor und den Zündverlauf zu optimieren, werden zunächst Test-Düsen aus Graphit hergestellt. Dieses Material ist ausreichend hitzestabil, für den späteren Einsatz in der Rakete aber zu schwer. Das Team um Lindemann versucht sich deshalb an einem hybriden Aufbau dieser Komponente, wobei nur die thermisch am stärksten beanspruchten Teile mit Graphit ausgelegt sind. Aber die Berechnungen gestalten sich als Herausforderung: »Man muss sich schon darüber im Klaren sein, dass wir uns an der Grenze des technisch Machbaren bewegen, ob und wie viele Komponenten der Düse überhaupt ersetzt werden können – und ob sich das am Ende lohnt«, so Lindemann.

Oerlikon DARE Metco Rakete

Material und Technologie von Metco: Der Auslass der Stratos III-Düse, mit Pulver einer Titanlegierung additiv gefertigt und einer Wärmedämmschicht aus Zirkonoxid versehen.

Material und Technologie von Oerlikon Metco

Unterstützung in der Entwicklung bekommen die jungen Forscher von Oerlikon Metco. Sie liefern das Pulver einer höchst temperaturfesten Titanlegierung an den DARE-Projektpartner ›3D Systems‹, ein Unternehmen, das den Düsenauslass im additiven Fertigungsverfahren mit Laserschmelzen aufbaut. Den hohen Anforderungen an die Temperaturstabilität würde Titan alleine aber nicht genügen: »Um die Wärmelast zu reduzieren hatte Oerlikon Metco die Idee, das Bauteil an ihrem Schweizer Standort zusätzlich mit Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid zu beschichten«, erzählt Felix Lindemann. Und er freut sich über den aktuellen Stand der Entwicklung: »Zwei Düsen wurden bereits getestet und die Ergebnisse sind vielversprechend: Mindestens die letzten Zentimeter der sogenannten ›divergent section‹, also dem äußersten Teil des Auslasses, können wir mit diesem Materialaufbau ersetzen.«

Schlussspurt

Noch ist die Rakete aber nicht startklar. Viele Tests stehen noch aus, bevor der genaue Starttermin festgelegt werden kann. Aus heutiger Sicht soll es im Frühjahr 2018 dann aber soweit sein. Bis dahin haben die Studenten noch einiges zu tun: »70 Stunden pro Woche oder manchmal sogar mehr arbeitet man als Kernteam-Mitglied schon«, sagt Lindemann. ›Nebenher‹ geht das nicht mehr. Dafür werden Semesterferien geopfert und Urlaubssemester investiert. Aber das lohnt sich, wie der begeisterte Student bestätigt: »Wir lieben das, was wir hier machen. Im Projekt haben wir sehr viele Freiheiten, können entwickeln, aber auch entscheiden. Und zwar von Anfang bis Ende, von der Auslegung der einzelnen Komponenten bis zum Test.«

Und wie steht es um den Wettbewerb mit den anderen studentischen Teams? »So ganz eng darf man das auch nicht sehen. Wir tauschen uns aus, und es gibt immer wieder Mitglieder, die mit demselben Enthusiasmus in einem Team eines anderen Landes gearbeitet haben – wie ich auch.« Felix Lindemann lächelt verschmitzt: »Aber in Delft sind wir gut unterwegs. Mit Stratos III holen wir uns den Rekord zurück.«

DARE Oerlikon Rakete Metco

Ein Teil des Stratos III-Teams nach dem erfolgreichen ersten Test des Raketentriebwerks.

DARE und Stratos III

Delft Aerospace Rocket Engineering (DARE) wurde 2001 an der Technischen Universität Delft (NL) gegründet und hat heute rund 130 studentische Mitglieder. Mit einer Vielzahl von Projekten gibt DARE Studenten bereits ab dem ersten Studienjahr die Möglichkeit, praktische Erfahrungen in der Entwicklung und dem Bau von Raketen zu sammeln. Stratos III ist die größte von inzwischen weit über 100 Raketen, die seit Bestehen von DARE in Richtung Weltall geschickt wurden.

Wärmedämmschichten

Wärmedämmschichten (TBC, Thermal Barrier Coatings) setzen die Wärmeübertragung herab und isolieren das Substrat. Die geringe Wärmeleitfähigkeit und die hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Beschichtungslösungen von Oerlikon Metco haben entscheidende Vorteile: Eine längere Betriebsdauer der Bauteile, bei erlaubten höheren Temperaturen und einem deutlich verbesserten thermischen Wirkungsgrad.

Keine Kommentare bisher

Schreiben Sie den ersten Kommentar!

Einen Kommentar schreiben
Zugehörige Stories