Kryogene Flüssigraketentechnologie: WARR rocketry’s Projekt Nixus von der TU München
Kryogene Flüssigantriebe sind seit jeher ein zentraler Eckpfeiler orbitaler Trägerraketen und eine Schlüsseltechnologie für den Zugang zum Weltraum. Der Traum, diese Technik auch auf dem Level studentischer Raketen in Europa einzuführen, begann auf dem Forschungscampus Garching der Technischen Universität München (TUM) bei der studentischen Gruppe WARR (Akronym für Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt). Als größter Verein seiner Art in Deutschland, arbeitet WARR seit seiner Gründung 1962 daran, den Studierenden der TUM Raumfahrttechnologien näher zu bringen und wertvolle praktische Erfahrungen neben dem Studium zu bieten. Dabei stand stets Innovationsgeist im Mittelpunkt: So startete das Team 1974 die erste deutsche Hybridrakete. In dieser Tradition wurde Mitte 2020 das Projekt Nixus ins Leben gerufen. Das ambitionierte Ziel: Die erste studentische kryogene Flüssigrakete Europas zu entwickeln. Die Idee für die EX-4 Forschungsrakete war geboren.
Das WARR rocketry Team auf dem Siegertreppchen Quelle: WARR e.V.
Um ein möglichst robustes System sicherzustellen, wurde die EX-4 als druckgeförderte Rakete entworfen. Den Antrieb bildet ein aus Inconel-718 3D-gedrucktes, regenerativ gekühltes Triebwerk, welches mit Ethanol und Flüssigsauerstoff (LOX) betrieben wird. Die Struktur der Rakete besteht aus den Treibstofftanks, sowie modularen, hausintern gewickelt und laminierten CFK-Segmenten als lasttragende Außenhaut. Für das Fluidsystem wurden eigene LOX-Ventile entworfen. Zur Steuerung der EX-4 wurde zudem von Grund auf ein neuer Flugcomputer inklusive Firmware entwickelt.
An die erste Designphase anschließend, begann im 4. Quartal 2021 die Hardware-Fertigung, einschließlich eines neuen vertikalen Triebswerksteststands, bevor 2022 erste Komponententests starteten. Im Frühjahr 2023 war es dann endlich so weit: Erst auf einem subscale-Level und wenige Wochen später in voller Größe dröhnten die ersten Triebwerke von Projekt Nixus zum Leben. Viele lange Tage und Nächte später war alles bereit für den Jungfernflug bei der European Rocketry Challenge (EuRoC) 2023 in Portugal, dem größten studentischen Raketenwettbewerb des Kontinents. Schlechtes Wetter, technische Probleme im System sowie Versagen kommerzieller Komponenten verhinderten jedoch den Start.
Erfolgreicher Start 2024
Das Team nutze das folgende Jahr, um aus den Problemen zu lernen, intensiv Abläufe zu trainieren und das System akribisch zu verbessern. Das Ergebnis: Die EX-4B Rakete, welche Anfang September 2024 der Öffentlichkeit präsentiert wurde. Als Nutzlast wurde vom Schwesterteam WARR spacelabs ein Bioexperiment entwickelt, welches mittels bioluminszenter Algen die Beschleunigungszustände im Flug untersucht. Mit einer leichteren, kompakteren, zuverlässigeren und stärkeren Rakete im Gepäck begann so erneut die Reise nach Portugal mit dem Ziel des Erststarts bei der EuRoC 2024.
Tiefhängende Wolken, Starkregen und kräftige Winde verhinderten jedoch einen Start an
den ersten Tagen. Auch der letzte Wettbewerbstag war von ungünstigen Winden gezeichnet, was das Team dazu zwang, den Hauptfallschirm aus der Rakete zu entfernen, um sicherzugehen, dass die Landung nicht außerhalb des sicheren Gebiets erfolgte. Obendrein sorgte ein LOX-Leck an der Rakete für Probleme, welche durch schnelles und entschiedenes Handeln jedoch am Launch-Pad gelöst werden konnten. Dies hatte Verzögerungen zur Folge, welche es verhinderten in der Zeit des Startfensters den LOX-Tank vollständig zu füllen. Nichtsdestotrotz hob die EX-4B um 17:44 Uhr Ortszeit als erste studentische kryogene Flüssigrakete Europas von ihrer Startrampe ab. Auf einer stabilen Flugbahn erreichte sie eine Gipfelhöhe von 1,67 km, bevor LOX ausging. Das Recovery System funktionierte tadellos, ohne Hauptfallschirm stieg die Rakete jedoch nur an Drogue-Fallschirmen über viermal schneller als nominal ab und erlitt somit Schäden beim Auftreffen auf den Boden. Die wissenschaftliche Nutzlast blieb dabei aber unbeschadet und konnte über 20 Gigabyte an Daten sammeln. Am Ende wurden die Leistungen des Teams und dieser historische Flug mit Siegen in drei Wettbewerbskategorien gewürdigt. So blicken wir bei WARR rocketry mit Stolz zurück und fühlen uns geehrt, dass wir einen weiteren Meilenstein in die Geschichte studentischer Raketentechnik in Europa beitragen zu konnten. Ad astra!
Autor: Niklas Peter