DGLR-Nachwuchsgruppe Aspiration Rocket: Wiederverwendbar und nachhaltig in den Weltraum
„Smart Rocket – Sustainable Impact“: Mit diesem Slogan präsentiert sich Aspiration Rocket der Öffentlichkeit. Aspiration Rocket besteht aus sechs Mitgliedern und hat es sich im Rahmen eines studentischen und privaten Forschungsprojekts zur Aufgabe gemacht, die Nutzung und den Verbrauch von Ressourcen in der Raumfahrt zu überdenken. Ziel ist es, nachhaltige Alternativen in sämtlichen Bereichen bei der Entwicklung eines Mikrolaunchers aufzudecken und zu entwickeln. Im November belegte das Team mit seiner Projektidee den zweiten Platz im Nachwuchsgruppenwettbewerb der Deutschen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt (DGLR). Die dort gewonnene Förderung von 500 Euro fließt jetzt in die Entwicklung von Verfahren und Prototypen für eine wiederverwendbare kleine Trägerrakete.
Das Aspiration-Rocket-Team an der Hochschule Bremen, Foto: Aspiration-Rocket
Durch die zunehmende Kommerzialisierung der Raumfahrt (New Space) gibt es immer mehr Nutzlasten, die in den Orbit transportiert werden müssen. Statt der großen komplexen Satelliten kommen dafür zunehmend Kleinsatelliten in hohen Mengen zum Einsatz. Eines der größten anfallenden Probleme sind dabei Umweltbelastungen, die während des Transports der Satelliten, aber auch bei der Produktion von Transportmitteln anfallen. Diesem Thema möchte sich Aspiration Rocket mit der Entwicklung eines nachhaltigen, also Ressourcen schonenden und wiederverwendbaren Mikrolaunchers für den Transport von Kleinsatelliten in den Low Earth Orbit (LEO) annehmen. Durch die Wiederverwendbarkeit soll zusätzlich Weltraumschrott vermieden werden. Dazu soll die Rakete überwiegend im 3D-Drucker entstehen. Es ist zudem geplant grüne langzeitlagerfähige Treibstoffe zu verwenden, um den CO2-Ausstoß beim Transport der Kleinsatelliten und beim Treibstoffhandling noch weiter zu reduzieren.
Die Verwendung von fast ausschließlich 3D-Druckverfahren soll dabei nicht nur eine schnelle und kostengünstige Wartung nach der Landung ermöglichen, sondern auch für weniger Ressourcenverschwendung in der Produktion sorgen. Das 3D-Druckverfahren Fused Deposition Modelling (FDM), weitestgehend bekannt aus der Heimanwendung, steht dabei im Vordergrund. Zusätzlich werden besondere gedruckte Bauteile durch die Verwendung von Kohlefasern verstärkt und spezifische Baugruppen aus Metall gedruckt. Die Bauteile für den Technologiedemonstrator und Prototypen entstehen für eine Machbarkeitsstudie auf handelsüblichen, nicht industriellen 3D-Druckern.
Freigeist und Inspiration
Freier Geist, Inspiration verknüpft mit logischem Denken und dem Hauch von Wahnsinn (Verrücktheit) sollen den Weg zu den gesetzten Zielen ebnen. Die Konstellation des Teams selbst bringt einiges an solchem Potenzial mit sich: Ob technisches Feingefühl durch einen ehemaligen Mechaniker, das Verantwortungsbewusstsein einer ehemaligen Selbstständigkeit, die fundierte Pädagogik einer Lehrerin und dem erweiterten Hang zur Forschung durch wissenschaftliche Mitarbeit, das Team ist breit aufgestellt. Ergänzt durch das erlangte Wissen aus dem Studium mit der bereits gemachten Erfahrung jedes einzelnen, ergibt sich in Summe eine gute Basis, ein solches Projekt zu starten und administrativ zu verwalten. Das Management und die Projektplanung gestalteten sich agil, sodass anhand von neuen Erkenntnissen schnelle Entscheidungen getroffen werden können, die Einfluss auf die Entwicklung anderer Bauteile oder sogar die ganze Konstruktion haben können. Das macht das Projekt sehr reaktiv und flexibel. So kann die Aufgabe jedes einzelnen Mitglieds an dessen Fortschritt individuell angepasst werden.
Die Subsysteme der Rakete werden auf die Mitglieder aufgeteilt, sodass jeder sich auf einen Bereich spezialisieren kann. So können Erkenntnisse auch hier übergreifend über die Schnittstellen zu den anderen Subsystemen ausgetauscht werden. Bislang ist im Team schrittweise ein erstes Demonstrator-Raumfahrzeugdesign entstanden. Parallel wird an den Prototypen und Komponenten der Subsysteme gearbeitet und getüftelt. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen unmittelbar in die nächste Überarbeitungsphase mit ein. Die derzeitige Version der Demonstratorrakete ist zwei Meter lang, hat einen Durchmesser von 0,13 Metern und wiegt sechs Kilogramm. Auf Basis dieser Ausbaustufe werden Materialtests und Belastungstest durchgeführt. Auch ein Triebwerk konnte bereits erfolgreich produziert und gezündet werden. Gleichzeitig arbeitet das Team an dem FDM-Metalldruck für das Triebwerk. Hier ist die integrierte Wärmebehandlung ein kritischer Aspekt, der gemeinsam mit Partnern und Sponsoren optimiert wird. Gleiches trifft auf den 3D-gedruckten, kohlefaserverstärkten Tank zu.
Aus dem Studium zur nachhaltigen Rakete
Die wissenschaftliche Arbeit an diesem Projekt startete im August 2022 und wird seitdem in Abschlussarbeiten in den einzelnen Kerndisziplinen sowohl theoretisch als auch praktisch ausgearbeitet. Bisher wurden diesbezüglich zwei Bachelor- und fünf Masterarbeiten abgeschlossen. Als Meilenstein der zuletzt durchgeführten Masterarbeit konnte zum Beispiel die gesamte Simulation, Avionik, Guidance, Navigation and Control, Aktuatoren zur Lageregelung sowie die Flugsoftware entwickelt, produziert, getestet und auch mittels einer kleinen selbstlandenden Rakete erprobt werden. Neben den Abschlussarbeiten wird das Projekt von den Studienabsolventinnen und -absolventen als private wissenschaftliche Forschung neben der regulären Berufstätigkeit weiter fortgesetzt und betreut.
Der zweite Platz beim DGLR-Nachwuchswettbewerb hat Aspiration Rocket sehr positiv gestimmt und stark motiviert, an der Idee festzuhalten. Die Erfahrung und die Möglichkeit der Forschung in einem noch kleinen Rahmen, geben jedem die Möglichkeit über seine Grenzen hinauszuwachsen und Erfahrungen zu sammeln, die sonst nicht möglich wären. Für das Team zählt sowohl der Aspekt der Forschung als auch der Spaß daran, Ideen auszuarbeiten und neue Wege zu ergründen. Zudem bietet Aspiration Rocket auch weiterhin Studierenden die Möglichkeit, an dem Projekt zu arbeiten und Abschlussarbeiten zu schreiben. Das Team freut sich immer über aufgeweckte und motivierte neue Mitglieder. Nahezu jeder technische Studiengang bietet eine Möglichkeit, sich zu integrieren, sodass das ganze Team von noch mehr Wissen und Austausch profitieren kann.