REX-Free Flyer: Re-Entry to Earth Experiment - Machbarkeitsstudie

Abstract

Ziel der Machbarkeitsstudie war, ein System REX-Free Flyer zu entwerfen, welches dem gegenwärtigen Bedarf an Forschungs-möglichkeiten für Forschung unter Weltraum-bedingungen gerecht wird. Ein möglicher Nutzer braucht heutzutage eine Plattform, die einen schnellen Zugang zu vergleichsweise sehr guten μg-Eigenschaften bei gleichzeitiger Rückführbarkeit erlaubt. Im Rahmen dieser Machbarkeitsstudie wurde ausgehend von einem Anforderungsprofil dazu zunächst eine Geometrie definiert, die die Missionsziele unter aerodynamischen Gesichtspunkten erfüllt. Das resultierende Fahrzeug hat die Dimensionen L= 3,36 m, B= 2,10 m und H= 0,72 m mit einer Schwerpunktlage bei 62% der Fahrzeuglänge und ist in Bild 20 dargestellt. Mit dieser Geometrie wurde anschließend anhand einer Bahnanalyse gekoppelt mit aerothermodynamischen Betrachtungen gezeigt, dass ein Kompromiss zwischen der Reichweite und der thermomechanischen Belastung der Fahrzeugwand geschlossen werden kann. Für eine kritischere Trajektorie werden hierbei für eine strahlungsadiabate Wandtemperatur an der Spitze und den Steuerklappen bis zu 2400 K vorhergesagt. Anhand der thermomechanischen Belastung, die aus dieser Untersuchung hervorgehen, wurde schließlich eine Struktur entworfen. Die berechneten Hitzeschilddicken ergeben eine Trägerstrukturmasse ohne Subsysteme von cirka 500 kg. Die durchgeführte Machbarkeitsstudie zeigt, dass die angeforderten Ziele auf Basis der im SHEFEX-Programm bereits erarbeiteten neuen Technologien erreicht werden können - der REX-Free Flyer also machbar ist.