Komplettes Raketentriebwerk aus dem 3D-Drucker

| Redakteur: Katharina Juschkat

Der Triebwerkdemonstrator bei der Instrumentierung.
Der Triebwerkdemonstrator bei der Instrumentierung. (Bild: © ArianeGroup Holding, Jürgen Dannenberg/ Alpensektor)

Die ESA hat ein Raketentriebwerk komplett aus dem 3D-Drucker hergestellt, das das DLR jetzt erfolgreich getestet hat. Der 3D-Druck könnte die Raumfahrt enorm beschleunigen.

Berta wurde vollständig im 3D-Druckverfahren gefertigt und hat jetzt den ersten erfolgreichen Test am Prüfstand P8 in Lampoldshausen absolviert. Berta steht für „Biergoler Raumtransportantrieb“ und ist ein Raketentriebwerk. Berta ist für einen Referenzschub von 2,45 Kilonewton ausgelegt und konnte für 560 Sekunden am Prüfstand getestet werden – ein wichtiger Meilenstein für die European Space Agency ESA. Entwickelt wurde das Triebwerk im Rahmen der Forschungen für zukünftige europäische Trägersysteme der ESA.

Triebwerk mit Mehrfachzündung für lange Missionen

Berta ist für den Betrieb mit lagerfähigen Treibstoffen ausgelegt. Das bedeutet, dass die Treibstoffe bei Raumtemperatur gelagert werden können. Triebwerke dieser Art können sehr zuverlässig und mehrfach gezündet werden und eignen sich somit für längere Missionen. Damit kann dieses Triebwerk nicht nur für den erdnahen Bereich auf kleinen bis mittleren Raketen eingesetzt werden, sondern auch für Missionen über den Erdorbit hinaus. Übliche lagerfähige Treibstoffe sind jedoch hochgiftig. Für die Testläufe im Prüfstand werden kryogene Treibstoffe, also verflüssigte Gase, verwendet.

Der Leiter des Prüfstands P8 Gerd Brümmer erläutert: „Ziele der aktuellen Tests sind, das Strömungsverhalten und den Wärmeübergang bei gedruckten Oberflächen zu untersuchen. Diese neue Technologie kann derzeit europaweit nur am Prüfstand 8 in Lampoldshausen getestet werden.“

Triebwerke innerhalb weniger Wochen fertigen

Der 3D-Druck liefert für den Triebwerksbau verschiedene Vorteile. So lassen sich die Produktionszeiten signifikant verringern. Derzeit werden zum Beispiel Brennkammern in Europa zuerst gegossen und geschmiedet. Dann werden Kühlkanäle ausgefräst, die dann mittels galvanischer Prozesse abgedeckt werden. Übliche Lieferzeiten betragen bis zu eineinhalb Jahre. Mittels additiver Fertigung dagegen können vollständige Triebwerke innerhalb weniger Wochen geliefert werden.

Im Fall Bertas wurden im 3D-Druck-Verfahren sowohl der Einspritzkopf – er besteht aus einer korrosionsbeständige Nickelbasislegierung – wie auch die Brennkammer aus Edelstahl durch selektives Laserschmelzen hergestellt. Durch den Einsatz eines Lasers wurde das finale Bauteil schichtweise durch Aufschmelzen des Werkstoffes in Pulverform auf einer Grundplatte aufgebracht.

3D-Druck ermöglicht komplexere Struktur

Im 3D-Druck-Verfahren sind zudem komplexere Strukturen möglich, die sich in konventionellen Verfahren nicht herstellen lassen. So enthält Berta ein komplexes Design für die Kühlkanäle, welches ein verbessertes Kühlverhalten der Brennkammer sicherstellen soll. Durch die verbesserte Kühlung können Brennkammern zukünftig kompakter gebaut werden, was Material einspart.

Die Testkampagne wird noch vier Wochen andauern und die Ergebnisse werden auch in weitere Entwicklungsvorhaben der ESA einfließen. So sollen 3D-Druckverfahren für Weiterentwicklungen der Ariane-6-Triebwerke Vinci und Vulcain eingesetzt werden.

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