AQUARIUS

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Seit über 27 Jahren werden an der Technischen Universität Berlin Höhenraketen von Studierenden entwickelt und gestartet. Sie sind seit vielen Jahren festerBestandteil der Lehre am Institut für Luft- und Raumfahrt. Zusätzlich können Studierende und Alumni an der TU im Rahmen des eingetragenen Vereins AQUARIUS an der Entwicklung von Höhenraketen mitwirken. Der Verein wird als offizielle Nachwuchsgruppe von der Deutschen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt (DGLR) gefördert. Das AQUARIUS Team stellt dieses Jahr ein neues Launch System, die Telemetrie Einheit der Rakete und ein EGSE aus.

Mehr Informationen auf der Webseite von AQUARIUS.

 

 

Aktuelles

DGLR-Nachwuchsgruppe AQUARIUS entwickelt Höhenraketen an der TU Berlin

Start der DECAN-SHARK in Kiruna. Bild: TU Berlin.


Seit über 27 Jahren werden an der Technischen Universität Berlin Höhenraketen von Studierenden entwickelt und gestartet. Sie sind seit vielen Jahren fester Bestandteil der Lehre am Institut für Luft- und Raumfahrt. Zusätzlich können Studierende und Alumni an der TU, im Rahmen des eingetragenen Vereins AQUARIUS, an der Entwicklung von Höhenraketen mitwirken. Der Verein wird als offizielle Nachwuchsgruppe von der Deutschen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt (DGLR) gefördert.

Derzeit arbeiten die Studierenden und Mitarbeiter der TU Berlin an der zweistufigen Höhenforschungsrakete DECAN (Deutsche CanSat-Höhenrakete). Nach Abschluss der Qualifikation soll sie kleine Nutzlasten (sogenannte CanSats) in eine Höhe von circa sieben Kilometern transportieren können. Ziel ist es, die Studierenden an die Entwicklung von Trägerraketen heranzuführen. Hierfür lernen sie, die Auslegung und Konstruktion der Subsysteme von Höhenraketen und deren anschließende Integration und Testläufe unter professioneller Anleitung und in Anlehnung an die Industriestandards durchzuführen. DECAN besteht aus einer Feststoff-Oberstufe und einer Heißwasser-Unterstufe. Den Anstoß für die Entwicklung der beiden Stufen bot das nationale STERN-Programm (Studentische Experimental-Raketen) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), das von 2012 bis 2017 die Arbeiten förderte.

Unterstufe DECAN-AQUARIUS

Die Unterstufe wird mit einem umweltfreundlichen Heißwassertriebwerk angetrieben. Bei ihrer Entwicklung konnte auf die jahrelangen Erfahrungen von AQUARIUS zurückgegriffen werden. Der Antrieb arbeitet ausschließlich mit Wasser als Treibstoff, das innerhalb eines vom TÜV geprüften Druckbehälters mittels Heizstäben erhitzt wird. Der Tank besteht aus einem geeigneten warmfesten Edelstahl und wird mittels feuerfestem Schaumstoff isoliert. Darüber hinaus verfügt der Druckbehälter über Temperatursensoren und Sicherheitsvorrichtungen, sodass der Heizprozess jederzeit vollständig überwacht werden kann. Durch das Aufheizen und Verdampfen des Wassers innerhalb des geschlossenen Behälters baut sich der gewünschte Ladedruck auf. Bei einer Temperatur von circa 270 Grad Celsius und einem Druck von circa 50 bar ist der Startzustand erreicht. Nun wird der Düsenverschluss freigegeben, das Wasser kann entweichen und verdampfen, was zu einer starken Volumenexpansion des Treibstoffs führt.

Die Unterstufe verfügt über ein Telemetriesubsystem, das die Flugdaten in Echtzeit an die Bodenstation sendet. Über diese Telemetrieeinheit wird auch der Auswurf des zweistufigen Fallschirmsystems gesteuert. Die Telemetrie erkennt die Gipfelhöhe automatisch und der Aktuator aktiviert das Bergungssystem. Dieses Zusammenspiel von Telemetrie und Aktuatorik hat sich im hauseigenen Windkanal erfolgreich für den Flug qualifiziert. Um neue Technologien im Rahmen der Forschung und Lehre einzubinden, wurden einzelne Teile im 3D-Druckverfahren hergestellt.

Die Gipfelhöhe der 2017 zum ersten Mal gestarteten Unterstufe liegt bei circa 1.200 Metern. Die somit vollständig im sichtbaren Bereich stattfindende Flugbahn ermöglicht eine deutlich einfachere Optimierung der Höhenrakete. Ein weiterer Start der DECAN-AQUARIUS soll im dritten Quartal 2019 erfolgen. Parallel wird ein Teststand zur Bestimmung und Optimierung der Schubprofile entwickelt, um Forschung und Lehre am Fachbereich auszubauen.

Oberstufe DECAN-SHARK

Die circa 23 Kilogramm schwere Oberstufe DECAN-SHARK wird von einem leistungsstarken Feststoffmotor angetrieben. Der Motor wurde auf einem von den Studierenden entwickelten und gebauten Prüfstand in den Testanlagen des DLR in Trauen erprobt und für die Integration und den Flug qualifiziert. In zwei Testläufen wurden Schübe von etwa 3.000 Newton bei einer Brenndauer von circa sieben Sekunden erreicht.

Darüber hinaus verfügt die DECAN-SHARK bereits über ein Nutzlastkompartiment, aus dem ein CanSat ausgeworfen werden kann. Das Bergungssystem der Stufe besteht aus zwei Fallschirmen, einem Bremsfallschirm und einem Hauptfallschirm. Der Bremsfallschirm wird kurz nach Erreichen der Gipfelhöhe ausgeworfen, bremst die Rakete ab und ermöglich das Sinken der Rakete mit einer definierten Geschwindigkeit. 500 Meter über dem Boden wird der Hauptfallschirm ausgelöst und bremst die Rakete soweit ab, dass sie bei der Landung keinen Schaden erfährt. Der Raketenmotor ist in die röhrenförmige Struktur der Rakete verbaut, an der sich auch die Flossen für die Steuerung befinden. Aufgrund der relativ hohen Gipfelhöhe wurden spezielle Sender, sogenannte Beacons, in die Flossen integriert, damit die Rakete nach der Landung wiedergefunden werden kann.

2015 wurde die Oberstufe zwei Mal im schwedischen Kiruna gestartet und erreichte dabei Gipfelhöhen von circa 5,7 Kilometern und Geschwindigkeiten von circa 400 Metern pro Sekunde (Mach 1,2). Bei diesen Starts wurde wegen der besonderen Sicherheitsbestimmungen der Startrampe in Kiruna ein eigenes mechanisches Sicherheitssystem, ein sogenanntes „Safe and Arm Device“ entwickelt und erfolgreich eingesetzt. Derzeit werden noch weitere Steigerungen der Gipfelhöhe, zum Beispiel durch den Einsatz von 3D-gedruckten Strukturelementen, untersucht.

Testrakete DECAN-X

Um die Telemetrie-Subsysteme der Stufen möglichst realitätsnah zu erproben, wurde eigens eine kleinere Testrakete, die DECAN-X, entwickelt, gefertigt, qualifiziert und mehrfach geflogen. Der Feststoffmotor der Rakete entwickelt circa 700 Newton Schub und befördert diese in eine Höhe von circa 550 Metern. Während der beiden Testflüge der wiederverwendbaren DECAN-X wurde die Telemetrie erfolgreich erprobt und qualifiziert: Die gewünschten Daten, wie zum Beispiel Geschwindigkeit und Höhe wurden erfolgreich aufgenommen und zur Bodenstation gesendet, der Fallschirm wie geplant ausgeworfen, die Position der Rakete wurde mittels GPS bestimmt und an die Bodenstation übermittelt.

Ziel: Zweistufiger Flug und CanSat-Mission

Nach der erfolgreichen Vorentwicklung der ersten Test- und Engineeringmodelle der beiden Stufen innerhalb des DLR-STERN-Projekts liegt der Fokus nun auf der Weiterentwicklung der Subsysteme zu zuverlässigen Flugmodellen, um anschließend die Zweistufigkeit realisieren zu können. Die Startmasse des zweistufigen Systems wird bei circa 150 Kilogramm liegen. Die Gipfelhöhe wurde auf circa sieben Kilometer berechnet, in der wiederum ein CanSat ausgeworfen werden kann. Derzeit arbeiten die Studierenden unter anderem an der Trennung der beiden Raketenstufen. Diese Stufentrennung muss allerdings noch den Qualifikationstests unterzogen werden.

Seit 2017 wurde die Unterstufe weiter optimiert und erprobt. Einen kritischen Systemtest, bei dem die Rakete auf Dichtigkeit am Arbeitspunkt untersucht wurde, bestand sie im Oktober 2018 erfolgreich. Für Sommer/Herbst 2019 ist daher ein weiterer Raketenstart vorgesehen.