Kleinere Raketen, wie sie von Studierenden-Teams auf der ganzen Welt entwickelt werden, verwenden normalerweise Festbrennstoffe. Doch dort, wo hohe Effizienz, Regelbarkeit und Wiederverwendbarkeit der Triebwerke wichtig ist, sind Flüssigtriebwerke die bessere Wahl.

Daher werden bei großen Trägerraketen, von den Saturn-Raketen des Apollo-Programms bis zu den Raketen von SpaceX, immer Flüssigtreibstoffe verwendet. Das ist allerdings technisch deutlich schwieriger als der Einsatz fester Brennstoffe.

Das TU Wien Space Team hat immer wieder mit Erfolg Feststoffraketen gestartet. Gleichzeitig arbeitete man seit Jahren an der Entwicklung einer eigenen Flüssigrakete. Sogar ein eigener Prüfstand für die Triebwerksentwicklung wurde dafür konstruiert. Nun wurde das Projekt von Erfolg gekrönt: Bei der internationalen „European Rocketry Challenge“ (EuRoC) in Portugal trat das Team der TU Wien als einziges mit einer Flüssigrakete an – und der Start gelang.

Technisches Problemlösen auf vielen Gebieten

Der Weg zum Erfolg war lang und mühsam: Flüssigtriebwerke sind unvergleichlich viel komplizierter als gewöhnliche Feststoffraketenmotoren, wie man sie etwa auch von Silvester-Feuerwerken kennt. Verschiedene Arbeitsgruppen innerhalb des TU Wien Space Teams mussten ganz unterschiedliche Probleme lösen.

Man musste sich mit schwierigen Fragen aus der Strömungsmechanik beschäftigen, um sicherzustellen, dass der Flüssigtreibstoff, dessen Komponenten in zwei getrennten Tanks aufbewahrt werden, auf exakt die richtige Weise miteinander kombiniert werden. Man musste eine geeignete Zündungstechnologie designen. Man musste eigene Elektronik für das Triebwerk entwickeln – und je mehr man darüber lernte, welche komplexen Anforderungen für einen Flüssigraketenstart erfüllt werden müssen, umso komplizierter wurde auch die Steuerungselektronik.

Wenn man ein funktionsfähiges Raketentriebwerk entwickelt hat, muss man aber immer noch die Rakete selbst bauen – zum Glück ist das der Bereich, in dem das TU Wien Space Team schon viel Erfahrung hat: Eine Rakete mit einer Länge von 2m wurde konstruiert, in die man das neuartige Antriebssystem einbauen konnte. Dem Space Team war besonders wichtig, ein kompaktes und leichtes Design zu entwickeln, um eine optimale Performance zu erreichen.

Erster Versuch – mit halbem Erfolg

„Monat für Monat machten wir Fortschritte, während wir auf die European Rocketry Challenge hinarbeiteten“, sagt Daniel Frank vom TU Wien Space Team. „Wir wussten: Es gibt so viele technische Probleme zu lösen, dass es auf jeden Fall knapp wird.“

Einen einzigen großen Test hatte das Team eingeplant, bevor man die Reise zum Wettbewerb in Portugal antrat: Am 25.06.2022 sollte am Modellflugplatz in Straubing (Deutschland) die neue Rakete ihre Bewährungsprobe bestehen. Zum ersten Mal in der Geschichte des TU Wien Space Teams wurde eine Flüssigrakete gezündet – das Antriebssystem verhielt sich wie geplant, auch die Fallschirme wurden korrekt ausgelöst, allerdings war der Wind zu stark, die Fallschirme rissen aus, und statt einer sanften Landung kam es zu einem heftigen Absturz, die Rakete schlug in den Boden ein und war kaputt.

Somit blieben dem Team nur drei Monate, um für die European Rocketry Challenge eine völlig neue Rakete zu bauen. „Das war extrem harte Arbeit. Einige von uns haben in dieser Zeit nicht besonders viel geschlafen“, erzählt Georg Mikula. Bis zum letzten Tag wurde gearbeitet, getestet und optimiert – bis sich das Team dann schließlich auf den Weg nach Portugal machte – als einziges Team mit Flüssigrakete.

Voller Erfolg in Portugal

In Portugal meinte es das Wetter zunächst nicht gut mit dem TU Wien Space Team: Mehrmals musste der Start verschoben werden, auch mit kleineren technischen Problemen hatte man noch zu kämpfen. Doch am 16.10.2022 um 14:12 erhielt das Team schließlich grünes Licht für den Raketenstart.

Das Triebwerk zündete, die Ventile arbeiteten korrekt und erzeugten die passende Treibstoffmischung, der notwendige Schub wurde erreicht, daraufhin wurde automatisch die Raketenhalterung gelöst – und die Rakete hob ab. Sechs Sekunden Brenndauer ermöglichten eine Flughöhe von 2200 Metern. Am Gipfelpunkt wurde die Spitze abgetrennt, ein Fallschirm wurde ausgeworfen und die Rakete kehrte zur Erde zurück. In 250 Metern Höhe wurde der größere Hauptfallschirm ausgeworfen, und so gelang plangemäß eine sanfte Landung.

Es war der erste Flüssigraketenflug mit erfolgreicher Bergung der Rakete, der je einem europäischen Studierendenteam gelungen ist - ein großartiger Erfolg für das Team nach jahrelanger Arbeit, der auch die anderen Teams und die Jury der European Rocketry Challenge beeindruckte. Nun sollen alle Konstruktionspläne, die selbstprogrammierte Software und die gemessenen Daten als Open Source veröffentlicht werden – um so auch anderen Raketen-Teams auf der ganzen Welt zu ermöglichen, auf den Erkenntnissen des TU Wien Space Teams aufzubauen.

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Kontaktdaten und nähere Informationen über das TU Wien Space Team finden Sie hier., öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster

Text:Florian Aigner