30 Prozent weniger Treibstoff: Neuartiges Raketentriebwerk aus dem Drucker

Das Konzept des Aerospike-Triebwerks für kleinere Raketen, das sehr leicht ist und wenig Treibstoff verbraucht, ist schon vor 60 Jahren entwickelt worden. Gebaut wurde es erst jetzt. Mit herkömmlichen Techniken wie Fräsen, Bohren und Schleifen lassen sich die komplizierten Innereien des Antriebs nicht herstellen, mit additiver Fertigung, gängig als 3D-Druck bezeichnet, gelang es jetzt zum ersten Mal. „Nur durch die Freiheiten der Additiven Fertigung und die Einbettung dieser in konventionelle Prozessketten ist es uns möglich, so effiziente Triebwerke überhaupt herzustellen2, sagt Michael Müller, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Additive Manufacturing Center Dresden (AMCD), das gemeinsam vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik und der Technischen Universität Dresden betrieben wird.

Flüssiger Sauerstoff sorgt für die Kühlung

Aerospikes verbrauchen 30 Prozent weniger Treibstoff als herkömmliche Triebwerke für die Reise ins All. Das liegt an den Innereien der Düse. Sie enthält eine Brennkammer und viele Kühlkanäle, die einen Durchmesser von nur einem Millimeter haben. Der Brennstoff Ethanol und flüssiger Sauerstoff werden zunächst durch die Kühlkanäle geleitet, um dann schlagartig zu zünden. Vor allem der Sauerstoff sorgt für eine ausreichende Kühlung. Die -Abgase schießen durch einen Spalt und sorgen für die Beschleunigung der Rakete.

Das Triebwerk ist für Raumfahrzeuge gedacht, die kleinere Lasten, bis 350 Kilogramm, ins All transportieren. Die Forscher gehen davon aus, dass der Markt mit kleinen Satelliten in den kommenden Jahren boomen wird. Die so genannten Mikrosatelliten werden zur Erdüberwachung und für kommunikative Zwecke eingesetzt. Sie sollen selbst die einsamste Region der Erde mit Internet versorgen.

Verirrtes Pulver wird abgesaugt

Bei der Additiven Fertigung wird ein Metallpulver auf einer Unterlage verteilt. Ein feiner, energiereicher Laserstrahl erhitzt es an den Stellen, die zum späteren Bauteil gehören. In zweiten Schritt wird die erste Schicht wieder mit Pulver bedeckt und der Laser tritt erneut in Aktion. So entsteht Lage für Lage das Triebwerk. Selbst die komplexesten Formen lassen sich auf diese Art herstellen. Das Pulver, das sich in die Kühlkanäle verirrt, wird am Ede herausgesaugt.

Auf dem Teststand des es Instituts für Luft- und Raumfahrttechnik der TU Dresden hat das Triebwerk bereits 30 Sekunden lang gearbeitet. In der Brennkammer herrschen dabei Temperaturen von mehreren 1000 Grad Celsius.

via Fraunhofer