D'Uni Lëtzebuerg an den europäesche Rakéiteproduzent ArianeGroup wëllen déi nächst zwee Joer zesummeschaffen, wei d'Uni an engem Communiqué matdeelt.

Zil vum Projet ass et d‘ Käschte vun engem Lancement vun enger Rakéit ze reduzéieren.

Bei Lancementer vu Rakéite kennt flëssege Sauerstoff a Waasserstoff zum Asaz, well déi méi effizient a manner toxesch sinn.

Virum Start gëtt de sougenannte Chill-Down vun der Rakéit ageleet, fir d‘ Komponenten op déi nämmlecht Temperatur ofzekille wei de Spritt. En technesch ganz komplexen Oflaf, deen den Ament vill Zäit géif an Usproch huelen.

Et géif den Ament keng genee Modeller ginn, fir viraus ze soen, wéi esou eng Ofkillung ideal fonctionnéiert, esou den Dr. Sebastian Soller vun ArianeGroup. Dowéinst wier ee gezwonge laangwiereg Tester mat de Komponenten duerch ze feieren an technesch Estimatiounen ze maache, mat héije Sécherheetsmargen. Dëst géif d‘ Entwécklungszäite verlängeren an hätt en Impakt op d‘ Käschten, esou de Wëssenschaftler.

Roll vun der Uni Lëtzebuerg

An enger sougenannter Private Public Partnership schafft d‘ Uni Lëtzebuerg zesumme mat der privat Entreprise ArianeGroupe zesumme fir d‘ Ofkillprozesser experimentell a mat Hëllef vu Computer-Simulatioune viraussoen ze kennen. De Prof. Stephan Leyer: „Eis Équipe besteet aus Experte fir Thermoanalys a numeresch Stréimungsmechanik. Fir Daten iwwert d‘ Ofkille vu de Ventiller ze kréien, wäerte mer als éischt de Prozess am Detail ënnersichen. Duerno kennen zouverlässeg a präzis Modeller entwéckelen.

Ausbau vu Weltraumaktivitéiten

Am Communiqué schreift d‘ Uni Lëtzebuerg dat dëst Deel wier vum Ausbau vun de Weltraumaktivitéiten. Ab dësem Wanter-Semester kennen éischt Studenten den interdisziplinäre Space-Master ufänken.

De Fuerschungsprojet gëtt zum Deel mat Sue vum Fonds National de la Recherche finanzéiert.

Communiqué vun der Uni Lëtzebuerg

Universität und ArianeGroup forschen gemeinsam im Bereich Raketenantriebe

Esch-sur-Alzette, den 19. März 2019 - Die Universität Luxemburg und der europäische Raketenhersteller ArianeGroup haben eine Kooperationsvereinbarung unterzeichnet, um die Forschung im Bereich Raketenantriebe voranzubringen. Ziel des zweijährigen Projekts ist es, die Kosten für Raketenstarts zu reduzieren. Das Forschungsprojekt wird von ArianeGroup und dem Luxembourg National Research Fund (FNR) finanziert.

Herausforderungen beim Einsatz von kryogenen Flüssigkeiten

Kryogene Treibstoffe, wie z. B. flüssiger Sauerstoff und flüssiger Wasserstoff, kommen häufig bei Antriebssystemen in der Raumfahrt zum Einsatz, weil sie effizienter und weniger toxisch sind als andere Treibstoffe. Damit sie in einem flüssigen Zustand bleiben, müssen sie bei extrem niedrigen Temperaturen gelagert werden. Allerdings müssen das Raketentriebwerk sowie seine Ventile und Zuleitungen einwandfrei funktionieren, wenn sie in direkten Kontakt mit den extrem kalten Kraftstoffen kommen. Für die störungsfreie Funktion des Triebwerks müssen einige Triebwerkskomponenten vor dem Start auf die Temperatur der kryogenen Flüssigkeiten heruntergekühlt werden.

Um zu gewährleisten, dass die Treibstoffe und das technische System die gleiche Temperatur haben, wird vor dem Start ein komplexer Prozess der Wärmeübertragung, das sogenannte Chill-Down, eingeleitet. Vor der Zündung werden die Treibstoffe in das Hauptzufuhrventil des Raketentriebwerks geleitet. Erst nachdem das Ventil vollständig abgekühlt ist, kann es sicher geöffnet werden und die Treibstoffe werden dem Triebwerk zur Zündung zugeführt.

Für die Raumfahrtingenieure sowie für Luft- und Raumfahrtunternehmen stellt dieser komplexe Prozess eine Herausforderung dar, denn es ist schwierig, den Zeitaufwand für das Abkühlen des Triebwerks und seiner Komponenten genau zu bestimmen. „Es gibt derzeit keine genauen Modelle, um diesen kryogenen Wärmeübertragungsprozess im Voraus zu berechnen. Dadurch sind wir gezwungen, langwierige Komponententests durchzuführen und technische Schätzungen mit sehr hohem Sicherheitsmargen vorzunehmen. Dies hat teure Testverfahren zur Folge und verlängert die Entwicklungszeiten. Außerdem führt dies in der Flugvorbereitungsphase zu einem übermäßigen Einsatz von Treibstoffen oder Ersatz-Kühlmitteln, was die Startkosten erhöht“, sagt Dr. Sebastian Soller von ArianeGroup.

Hohe Kompetenz in der Thermoanalyse

Die Universität Luxemburg und ArianeGroup haben sich in einer öffentlich-privaten Partnerschaft zusammengeschlossen, um den Wärmeübertragungsprozess zwischen dem kryogenen Treibmittel und dem Ventil experimentell und mithilfe von Computersimulationen zu untersuchen. „Unser Team besteht aus Experten für Thermoanalyse und numerische Strömungsmechanik. Um Daten für die Ventilkühlung zu erhalten, werden wir zunächst den Prozess eingehend untersuchen. Anschließend werden wir zuverlässige und präzise Modelle entwickeln, um den Wärmeübertragungsprozess berechnet, der beim Chill-Down der Ariane-6-Raketentriebwerke abläuft“, erklärt Prof. Stephan Leyer, Leiter der Forschungseinheit für Ingenieurwissenschaften (Research Unit in Engineering Sciences, RUES). Prof. Stephan Leyer hat das Projekt zusammen mit dem Postdoktorats-Forscher Edder Jose Rabadan Santana ins Leben gerufen.

Ziel des Projekts ist es, die ermittelten Wärmeübertragungsmodelle in den Engineering-Workflow der ArianeGroup zu integrieren, um so das Design von Tieftemperaturventilen zu optimieren und Prüfkosten und Entwicklungszeiten zu reduzieren.

Verstärkte Aktivitäten im Raumfahrtbereich

Diese neue Zusammenarbeit ist Teil der verstärkten Aktivitäten der Universität Luxemburg im Raumfahrtbereich, wie z. B. dem Interdisciplinary Space Master (ISM), der im September 2019 anläuft. „Mit diesem neuen Projekt in Zusammenarbeit mit dem europäischen Marktführer der Raumfahrt beweist die Universität Luxemburg ihre hohe Kompetenz in der Raumfahrttechnologie und trägt damit auch zur Anerkennung Luxemburgs als Raumfahrtnation bei“, sagt Stéphane Pallage, Rektor der Universität Luxemburg.