Von SpaceX zur Ariane-Next, wo steht Europa? Herausforderungen beim Entwurf rückwärtslandender Trägerraketen aus aerothermodynamischer Sicht.

Abstract

Wiederverwendbare, senkrecht landende Trägerraketen senken die Kosten für den Start von Satelliten und bieten gleichzeitig eine größere Missionsflexibilität und Nachhaltigkeit. Die erstmalige erfolgreiche Landung einer SpaceX-Booster-Stufe im Jahr 2015 hat traditionelle Denk- und Vorgehensweisen im Entwurf und Bau von Trägersystemen entscheidend verändert. Trotz zahlreicher Flüge seitdem sind insbesondere aerothermodynamische Effekte wie z.B. die Wechselwirkung der Triebwerksabgasstrahlen mit der umgebenden Atmosphäre im Rückwärtsflug bislang unzureichend erforscht. Im Rahmen von europäischen Technologieentwicklungsprogrammen wie RETALT (www.retalt.eu) beschäftigt sich das DLR mit der Charakterisierung der komplexen Strömungsfelder um Raketenstufen beim Rückkehrflug mit Hilfe numerischer Simulation und Windkanaltests. Ein wesentliches Ziel hierbei ist die Vorhersage von thermischen Lasten zur Auslegung von Hitzeschutzsystemen. Im Vortrag wird ein Überblick über typische aerodynamische und aerothermodynamische Phänomene an rückwärtslandenden Raketenstufen gegeben. Ausgewählte Ergebnisse aus numerischer Simulation und Windkanalversuchen werden besonders im Hinblick auf thermische Lastvorhersagen diskutiert.