LUMEN ist bereit für industrielle Innovationen in der Raumfahrt
Ein Raketentriebwerk besteht aus vielen einzelnen Bauteilen, auf die enorme Kräfte wirken. Damit beim Einsatz auch zusammenpasst, was zusammengehört, reicht es nicht aus, die einzelnen Bauteile zu entwickeln und zu überprüfen. Vielmehr braucht es das Verständnis des gesamten Zusammenspiels der Komponenten. Darauf zielt das Projekt LUMEN (Liquid Upper Stage Demonstrator Engine) im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ab.
Bild: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)
Das DLR-Team hat jetzt den selbst entwickelten LUMEN-Demonstrator – ein pumpengefördertes Flüssigsauerstoff (LOX)- und Methan-Triebwerk – am europäischen Forschungs- und Technologieprüfstand P8.3 beim DLR in Lampoldshausen erfolgreich in Betrieb genommen. „LUMEN ermöglicht uns die Validierung von Technologien, die nur in einem kompletten Raketentriebwerk getestet werden können. Das ist in Europa einzigartig und stärkt nicht nur unsere Forschungskompetenz, sondern eröffnet auch Industrieunternehmen und Start-ups weitreichende Anwendungsmöglichkeiten“, erklärt Projektleiter Tobias Traudt vom DLR-Institut für Raumfahrtantriebe.
Erfolgreiche Zündung des kompletten LUMEN-Demonstrators
Die Tests des LUMEN-Demonstrators sind ein wichtiger Meilenstein des umfassenden Entwicklungsprojekts. Im Fokus steht dabei das Zusammenspiel aller Komponenten eines Raketentriebwerks: von der Brennkammer über die Turbopumpen bis hin zu den Ventilen. Neben der Brennkammer gehören Turbopumpen zu den wichtigsten Bauteilen. Sie erzeugen den notwendigen Druck in der Brennkammer und befördern die Treibstoffe in den Einspritzkopf. „Mit dem LUMEN-Demonstrator können wir nun die Interaktion einzelner Triebwerkskomponenten sehr präzise, schnell und kosteneffizient untersuchen“, fasst Tobias Traudt die Erfolge des Projekts zusammen. Darüber hinaus bietet LUMEN als Prüfstand künftig auch Interessenten aus der Wissenschaft und der Raumfahrtindustrie die Gelegenheit, Komponenten oder Technologien in einer realen Umgebung für Raketentriebwerke zu testen, um einen schnellen Transfer in industrielle Anwendungen zu erreichen.
Anwendungsorientierte Forschungsplattform
Mit dem neuen LUMEN-Forschungsaufbau können die umfassenden Entwicklungskompetenzen des DLR über den gesamten Triebwerkszyklus hinweg zukünftig noch effektiver gebündelt werden. Die Bauweise des Demonstrators ist für einen Einsatz am Prüfstand optimiert. Deswegen ist die Messtechnik für die Einzelkomponenten gut zugänglich und leicht zu handhaben. Beim Heißlauf des Triebwerks ermitteln die Forschenden Daten, wie die Temperatur in der Brennkammer oder das Zündverhalten. Der Demonstrator bietet dabei einen wesentlich detaillierteren Einblick in das Betriebsverhalten, als dies an realen Flugtriebwerken möglich ist. Zusätzlich untersuchen DLR-Forschende Methoden zur KI-basierten Triebwerkssteuerung und Zustandsüberwachung der Triebwerke, dem sogenannten Health-Monitoring. So werden Aussagen über die Lebensdauerentwicklung der einzelnen Demonstrator-Komponenten wie beispielsweise der Schubkammer, Turbopumpen und anderer Bauteile ermöglicht. Dies sind notwendige Entwicklungsschritte hin zu wiederverwendbaren Raketentriebwerken.