Drehen Sie Ihr Tablet
für ein besseres Surferlebnis
Innovation Culture
Lesen
Ariane 6-Oberstufe: Heißlauftests für ein Innovationspaket 04.07.2024 | 2 Minuten
Suite
Die Heißlauftests der Ariane°6-Stufen: Folge 3
Parallel zu den kombinierten Tests am europäischen Weltraumbahnhof in Kourou in Französisch-Guayana wurde die Oberstufe der Ariane 6 in Deutschland getestet. Denn obwohl die Trägerrakete in Kourou eine voll funktionsfähige Oberstufe über der Hauptstufe enthielt, konnte ihr Vinci-Triebwerk nicht gezündet werden. Deshalb testeten Teams von ArianeGroup, der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der deutschen Raumfahrtagentur DLR die Stufe bei Heißlauftests in Lampoldshausen (Baden-Württemberg).
Die kryogene Oberstufe, die am ArianeGroup-Standort Bremen gebaut wird, ist ein echtes Innovationspaket. Sie besteht aus zwei Tanks mit flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff, die das neue, bis zu viermal wiederzündbare Vinci-Triebwerk sowie das innovative Hilfstriebwerk APU (Auxiliary Propulsion Unit) versorgen. Die APU ermöglicht die Druckbeaufschlagung der Stufentanks und bereitet die Wiederzündung des Vinci-Triebwerks in der Schwerelosigkeit vor, indem die Treibstoffe in den Tanks nach unten verdichtet werden. Sie kann auch auf Wunsch zusätzlichen Schub erzeugen. Diese Funktion erweist sich insbesondere bei der Trennung von Satelliten in „Clustern“ oder zur Verbesserung der Genauigkeit bei der Positionierung in der Zielumlaufbahn als besonders nützlich. Schließlich ermöglicht es die APU ebenfalls, die Oberstufe gemäß den Forderungen des Weltraumgesetzes aus dem Orbit zu bringen. Dank dieser Architektur ist die Trägerrakete in der Lage, ein möglichst breites Spektrum an komplexen und kombinierten Startmissionen durchzuführen, wie z.B. die Einrichtung von Konstellationen in der niedrigen Umlaufbahn (LEO) oder die Beförderung von Nutzlasten von 4,5 bis 12 Tonnen in eine geostationäre Transferbahn (GTO).
Entwickelt für das Weltraumvakuum
Die Oberstufe wurde zum ersten Mal am 5. Oktober 2022 auf dem Testgelände der deutschen Raumfahrtagentur DLR (Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt) in Lampoldshausen auf einem speziellen Prüfstand, genannt P5.2, gezündet. Ein zweiter Test wurde am 20. Januar 2023 durchgeführt. Es ging darum, die Hauptfunktionen der Stufe und des Prüfstands einzusetzen, wobei die Tanks gefüllt und alle Bordsysteme mit dem Vinci-Triebwerk und der APU in Betrieb genommen wurden.
Die Komplexität liegt in der Vorbereitung und Durchführung des Bodentests mit einer Stufe, die für den Betrieb im Weltraumvakuum, d. h. in der Schwerelosigkeit, vorgesehen ist. Dabei muss während der Tests die Sicherheit rund um die Stufe und den Prüfstand garantiert werden. Dank Vorabanalysen können alle eventuelle Risiken optimal bewältigt werden: eine erste Art Analyse nach Teilsystemen, um alle möglichen Ausfälle vorwegzunehmen, ergänzt durch eine Analyse des Stufensystems und eine Analyse nach Lebensphasen der Stufe auf dem Prüfstand.
Generalprobe des Erstflugs
Als Höhepunkt der Kampagne in Lampoldshausen führten die Teams am 1. September 2023 einen Heißlauftest durch, der dem Betrieb der Oberstufe beim Erstflug der Ariane 6 bis zum Aussetzen der Nutzlasten entsprach. Das Vinci-Triebwerk lief über 11 Minuten lang mit zwei Zündungen, davon zwei mit APU-Boosts, einschließlich der Steuerung von Druck und Temperatur des Treibstoffs in den Tanks während der schubfreien Phase. Die APU funktionierte insgesamt 30 Minuten lang. Dieser kritische Test stellte sicher, dass die Oberstufe der Ariane 6 für den Erstflug geeignet ist.
Schließlich wurde am 7. Dezember 2023 ein Test der Stufe unter verschlechterten Bedingungen durchgeführt, der die Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit der bei den vorherigen Tests erprobten und optimierten Abläufe demonstrierte. Der Abbruch dieses Tests aufgrund eines Abschaltens des Triebwerks bei Überwachungsauslösung nach zweiminütigem Betrieb verdeutlicht die Schwierigkeiten, mit denen die Teams bei solchen Tests konfrontiert sind, sowie ihre Fähigkeit, damit umzugehen. Bei diesem Test konnte jedoch der Großteil der gewünschten Ergebnisse erzielt werden. Im Anschluss an die technischen Untersuchungen und Ergebnisse der durchgeführten Analyse bestätigte die ESA, dass die Startzeit des Ariane 6-Erstflugs unverändert bleibt.
Der letzte Heißlauftest der Ariane 6-Oberstufe am Prüfstand P5.2 des DLR in Lampoldshausen wurde am 12. April 2024 erfolgreich durchgeführt.
Ein einzigartiges Abenteuer
Am Ende dieser Kampagnen in Französisch-Guayana und Deutschland werden die Ausrüstung, die Triebwerke und schließlich beide Stufen der Trägerrakete komplett getestet sein, einschließlich der Umgebung des kompletten Startsystems in Kourou.
Die Teams der ESA, der französischen Raumfahrtagentur CNES, des DLR und von ArianeGroup haben sich gemeinsam den Schwierigkeiten gestellt, sie überwunden und ein absolut einmaliges Abenteuer innerhalb einer Karriere erlebt: Sie haben an den Startvorbereitungen einer neuen Trägerrakete mitgewirkt. Die guten Ergebnisse dieser Testkampagnen sind der engen Zusammenarbeit zwischen allen Akteuren und lokalen Teams zu verdanken. Ein neues Abenteuer ist im Gange mit der Startkampagne sowie dem Erstflug.
„Wir haben es hier mit einer Testkampagne einer neu entwickelten kryotechnischen Stufe mit zwei neuen Triebwerken unterschiedlicher Schubkraft zu tun, einem neuen Kontrollsystem an einem neu errichteten Prüfstand. Das gab es in Europa seit 40 Jahren nicht mehr.“
Valérie de Korver, Leiterin der Systemtests der Ariane 6
Valérie de Korver, Leiterin der Systemtests der Ariane 6