Potential und Entwicklungsstand von Hybridraketentriebwerken als Oberstufenantrieb eines reaktionsschnellen Satellitenverbringungssystems

Abstract

Im Kontext der sich verändernden internationalen Sicherheitslage wird die Möglichkeit der Kompensation unplanmäßig ausgefallener sicherheitskritischer raumgestützter Infrastruktur durch agile, flexible und weitestgehend unabhängige Kompetenzen zur kurzfristigen Widerherstellung benötigter Fähigkeiten zunehmend relevant. Insbesondere die Etablierung eines unabhängigen, kurzfristig einsatzfähigen Verbringungssystems für militärische Nutzlasten in den erdnahen Orbit rückt dadurch weiter in den Fokus nationaler Sicherheitsbemühungen. Während für die erste und zweite Raketenstufe grundsätzlich auf konventionelle Feststoffraketentriebwerke, gegebenenfalls kombiniert mit einem Air-Launch-Konzept, zurückgegriffen werden kann, wird für eine möglichst flexible Nutzlastverbringung ein agiles, regelbares Oberstufensystem benötigt. Flüssigraketentriebwerke bieten zwar grundsätzlich diese Fäigkeiten, sind jedoch bauartbedingt deutlich gefährlicher und unzuverlässiger im Betrieb, benötigen vergleichsweise lange Startvorbereitungsphasen und sind äußerst kostenintensiv in der Entwicklung. Einen guten Kompromiss zwischen der Betriebssicherheit, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz von Feststoffraketentriebwerken einerseits, und der Regelbarkeit und damit verbundenen Flexibilität von Flüssigraketentriebwerken andererseits, bieten Hybridraketentriebwerke. Durch die Verwendung von nicht-kryogenen, ungiftigen Treibstoffen bieten diese Triebwerke schnelle Startbereitschaft kombiniert mit hoher Zuverlässigkeit, Betriebssicherheit und Regelbarkeit bei überschaubarem Entwicklungsaufwand. Durch die Verwendung von Wasserstoffperoxid als Oxidator sind die Triebwerke zudem inherent widerzündfähig und ermöglichen eine unkomplizierte Realisierung von effizienten Monotreibstoff-Lageregelungstriebwerken. In den letzten 10 Jahren wurden beim Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik des DLR mit Entwicklung der AHRES-Software signifikante Fortschritte im Bereich der analytisch-numerischen Vorauslegung erzielt. Durch zahlreiche Validierungsexperimente am institutseigenen Prüfstand auf dem DLR-Testgelände in Trauen, wurde die Triebwerksentwicklung soweit voran getrieben, dass im, vom Kompetenzzentrum für reaktionsschnelle Satellitenverbringung unterstützten, Raumtransportprojekt ATHEAt eine flugfähige Variante des Oberstufenhybridtriebwerks VISERION entwickelt und bis 2025 als Technologiedemonstrator in einem einstufigen Flugexperiment verifiziert werden soll.