Mission erfolgreich: Studenten entwickeln Rakete mit Antrieb selbst

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Der Jubel unter den Studenten war groß: Am 27. Oktober 2015 um 14:53 Uhr startete die Experimentalrakete DECAN vom Raumfahrtzentrum Esrange in Nordschweden und erreichte dabei eine Höhe von rund fünfeinhalb Kilometern.

Die Rakete hatte ein Studententeam der TU Berlin im Rahmen des Programms STERN (Studentische Experimental Raketen) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) selbst konstruiert, gebaut und gestartet. Bereits am 22. Oktober waren die FAUST-Rakete des LEONIS-Teams von der TU Braunschweig und die HEROS-Rakete der HyEnD-Gruppe von der Universität Stuttgart vom Boden abgehoben. Den Abschluss der ersten STERN-Kampagne bildet der Start der zweiten DECAN-Rakete, der für den 29. Oktober geplant ist.

Bilderbuchstart am Nordpolarkreis

“Das ist Wahnsinn: Mehr als drei Jahre lang haben wir an unserer Rakete geplant, geschraubt und getestet – und jetzt sind wir einfach froh, dass der Start so gut funktioniert hat”, freut sich Michael Schmid vom DECAN-Team (Deutsche CanSat-Höhenrakete) der TU Berlin. “Bis zuletzt haben wir gezittert, ob wir tatsächlich alles richtig gemacht haben.” Dabei gelang den Studenten mit der rund drei Meter langen und etwa 23 Kilogramm schweren Rakete ein Bilderbuchstart in den Himmel am Nordpolarkreis. Im Gegensatz zu den anderen beiden Teams setzt DECAN beim Antrieb auf kommerzielle Feststoffmotoren, welche die Rakete auf fast anderthalbfache Schallgeschwindigkeit beschleunigen.

Zum Glück geht die in mühevoller Detailarbeit entwickelte Technik nach dem Flug nicht in den weitläufigen Wäldern rund um das schwedische Startzentrum verloren: Die Landeposition wird mit GPS ermittelt, Funksignale erleichtern die Bergung. Ein Hubschrauber bringt die Raketen zurück zum Startzentrum Esrange, wo sie den Teams zur Auswertung der Flugdaten übergeben werden.

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STERN europaweit einmalig

Auch Karsten Lappöhn, STERN-Programmleiter im DLR Raumfahrtmanagement, zeigt sich mit den bisherigen Ergebnissen zufrieden: “Das ist ein respektabler Erfolg. Es ist kaum zu vermitteln, welch eine Leistung die Teams da vollbracht haben. Fast jedes Einzelteil haben die Studenten selbst konstruiert, jede Rakete ist ein Unikat.” Ziel des Studenten-Programms ist es, den Teilnehmern bereits während des Studiums erste Erfahrungen mit einem “echten” Raumfahrtprojekt zu ermöglichen. Dabei entwerfen, bauen und starten die Studenten eine eigene Rakete, führen sämtliche Tests durch und durchlaufen fünf Reviews.

Bei solch einem Review werden alle kritischen Systeme überprüft. Dazu zählen etwa die Triebwerke, die Tanks und das Funksystem. Begleitet wurden die STERN-Studenten dabei von den Experten der Mobilen Raketenbasis (MORABA) des DLR und vom Forschungs-, Test- und Entwicklungszentrum für Raketenantriebe am DLR-Standort in Lampoldshausen. Hier können die Nachwuchs-Ingenieure – ebenso wie am DLR-Standort Trauen – auch ihre Triebwerkstests durchführen.

“Das Programm ist europaweit einmalig “, erläutert DLR-Programmleiter Lappöhn. “Unsere Zielgruppe sind Luft- und Raumfahrtstudenten von deutschen Hochschulen.” Hinsichtlich der maximalen Flughöhe gibt es keine Beschränkungen. Die Teilnehmer können selbst entscheiden, ob sie den Antrieb eigenständig entwickeln oder einen kommerziellen Raketenmotor verwenden. Grundbedingung ist eine Telemetrie-Einheit als Nutzlast, die während des Fluges wichtige Daten wie die Beschleunigung, Flughöhe und die Geschwindigkeit zur Erde sendet. Aber nicht nur Ingenieurswissen und technisches Verständnis sind gefragt, auch der Erfahrungsaustausch zwischen den Teams ist wichtig.

Hybridtriebwerke selbst entwickelt

Erleichtert über den erfolgreichen Ausgang seiner Mission ist auch das LEONIS-Team von der TU Braunschweig. Die rund drei Meter lange und 24 Kilogramm schwere Experimentalrakete mit dem Namen “FAUST” hatte bei ihrem Flug am 22. Oktober eine Höhe von rund sechs Kilometern erreicht. Eine Besonderheit der Rakete ist das Hybrid-Triebwerk, eine Eigenentwicklung der Studenten. Da solch ein Motor “Marke Eigenbau” einzigartig ist, musste das Team auch das System zur Betankung selbst entwerfen. Als Treibstoff wählte es eine Kombination aus Lachgas und einem Festbrennstoff mit gummiartiger Konsistenz.

Das technisch anspruchsvollste Raketentriebwerk entwickelte das HyEnD-Team von der Universität Stuttgart für HEROS (Hybrid Experimental Rocket Stuttgart): Ihr ebenfalls selbst konstruierter Hybrid-Motor entwickelt einen Schub, der mehr als dreimal so hoch ist wie der stärkste Antrieb der anderen STERN-Raketen. Dementsprechend sind auch die Anforderungen an das Fallschirmsystem, an dem die Rakete nach dem Flug zu Boden schwebt, und die Telemetrie-Einheit deutlich komplexer. Die Treibstoffkombination besteht hier aus Lachgas und Wachs.

HEROS hob wenige Stunden nach der FAUST-Rakete planmäßig von der Startrampe ab. Dann jedoch traten technische Probleme beim Antrieb auf, die derzeit noch analysiert werden. Mithilfe der Telemetriedaten und des geborgenen Raketenkörpers hat das Team umgehend mit der Suche nach den Ursachen begonnen – wie bei einer realen Raumfahrtmission.

Am 29. Oktober soll die zweite DECAN-Rakete des Berliner Teams starten und den Schlusspunkt unter die erste Flugkampagne des STERN-Programms setzen. Das Programm wird vom DLR Raumfahrmanagement geplant und durchgeführt und mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft- und Energie (BMWi) finanziert.

Raketenbau auf den Bildern

Abb. 1: Die FAUST-Rakete ist von der Startrampe abgehoben – Am 22. Oktober 2015 ist die FAUST-Rakete des LEONIS-Teams erfolgreich gestartet und hat eine Höhe von rund sechs Kilometern erreicht.

Abb. 2: Arbeiten an der DECAN-Rakete – Studenten der TU Berlin überprüfen den Zusammenbau ihrer DECAN-Rakete und befestigen letzte Elemente für das Fallschirmsystem.

Abb. 3: Das LEONIS-Team befestigt das Raketenleitwerk an der FAUST-Rakete – Das Team der TU Braunschweig montiert die einzelnen Flossen am Raketenkörper. Sie sorgen während des Fluges für die Stabilisierung der Rakete.

Abb. 4: Die fertig zusammengesetzte HyEnD-Rakete – In der so genannten Skylark-Halle am Raumfahrtzentrum Esrange wurde die HyEnD-Rakete zusammengesetzt. Von hier wird sie zur Startrampe gerollt, die sich hinter dem Gebäude befindet.

Bilder: DLR (CC-BY 3.0)