ERIG

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Die ExperimentalRaumfahrt-InteressenGemeinschaft e.V. ist eine wissenschaftlich-studentische Vereinigung an der TU Braunschweig. Die Studenten bauen Experimentalraketen und entwickeln einen Kleinsatelliten.

Mehr Informationen auf der Webseite von ERIG.

 

 

Aktuelles

Neue Herausforderungen für die ERIG

Das ERIG-Team. Bild: ERIG e.V.


Seit mittlerweile beinahe 20 Jahren stellt sich eine Gruppe von Studierenden aus Braunschweig den Herausforderungen der Raumfahrt. Ihr Fokus liegt auf Experimentalraketen, mit denen sie an vielen Projekten bis hin zum STERN(Studentische Experimental-Raketen)- und REXUS(Rocket Experiments for University Students)-Programm teilnehmen.

Die ExperimentalRaumfahrt-InteressenGemeinschaft e.V., kurz ERIG, wurde im Jahr 1999 als studentische Vereinigung gegründet. Ihre Geschichte begann auf dem Space Festival 1997, einem Raketenstarttag für Modell- und Experimentalraketen. Auf dieser Veranstaltung ließen die Studenten Stefan Linke und Niels Ohrmann ihre Modellraketen fliegen. Es folgte das „Festival Européen de l’Êspace“, das mit größeren Flughöhen und Motoren einen idealen Ansporn für den Raketenbau bot. Schnell waren weitere Raketenbegeisterte gefunden, die im August 1999 die ERIG gegründeten. Ihr Ziel: Das in den Vorlesungen theoretisch Gelernte in der Praxis mit Spaß umzusetzen.

Vor drei Jahren stellte sich die ERIG im „Luft- und Raumfahrt“-Magazin erstmals vor. Seitdem wurden viele neue Projekte gestartet und abgeschlossen. Neben der Entwicklung von kleineren Experimentalraketen und den Starts von Wetterballons mit eigenen Nutzlasten, nahmen die Studierenden die Gelegenheiten wahr, an großen Programmen teilzunehmen.

STERN-II-Projekt

In Kooperation mit dem Institut für Raumfahrtsysteme (IRAS) der Technischen Universität Braunschweig nimmt die ERIG seit Herbst 2017 an der zweiten Auflage des STERN-Programms (STERN II) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) teil. Im Rahmen des Programms wird eine Experimentaltrakete mit Hybridantrieb entwickelt, getestet und gebaut. Ziel ist es, im Frühjahr 2020 einen Raketenstart auf der Raketenbasis Esrange in Nordschweden durchzuführen.

Die FAUST II ist eine Weiterentwicklung der FAUST, die innerhalb des ersten STERN-Programms entwickelt und 2015 erfolgreich gestartet wurde. Mit einer Länge von 4,5 Metern und einem Startgewicht von 40 Kilogramm soll die FAUST II eine Apogäumshöhe von elf Kilometern erreichen. Der Fokus liegt auf einer Integralbauweise der Struktur und einer daraus folgenden Gewichtsoptimierung, sowie einem leistungsfähigeren Antriebssegment.

Das Antriebssegment setzt sich aus den Komponenten Brennkammer, Hauptventil, Oxidatortank, Druckminderer und Hochdrucktank zusammen. Das entwickelte Triebwerk HYDRA 4X erzeugt einen Schub von 2,3 Kilonewton und einen Totalimpuls von 36.000 Newtonsekunden. Als Hybridantrieb zeichnet sich das System vor allem durch die Kombination aus dem festen Brennstoff HTPB (Hydroxyl-terminiertem Polybutadien) in der Brennkammer und dem flüssigen Oxidator Distickstoffmonoxid (Lachgas) aus. Das Lachgas wird aus dem Oxidatortank über ein Hochdruckgasfördersystem mit Helium zur Brennkammer geleitet und dort mithilfe eines Showerhead-Injektors in die Brennkammer eingespritzt. Sowohl der Oxidator- als auch der Heliumtank wurden aus einem Aluminiumliner und CFK-Wickelung in Leichtbauweise selbst hergestellt.

Die Raketenelektronik wurde in vielen Bereichen weiterentwickelt und besteht aus mehreren dezentralen Einheiten. Eine der Kernkomponenten ist die Power Control Unit (PCU), die über drei redundante Kanäle eine intelligente Energieverteilung an alle Komponenten sicherstellen kann. Außerdem ist sie die Verbindung zum Ground Support Equipment und zündet die pyrotechnischen Einheiten zur Auslösung des Bergungssystems. Der CAN-Bus (Controller Area Network) der Rakete verbindet alle Komponenten mit einer Datenleitung. Zwei kommerzielle Altimeter bestimmen aus einer Sensordatenfusion mit Druck- und Beschleunigungssensoren das Apogäum und geben das Signal zur Auslösung des Bergungssystems. Der Telemetry and Avionics Computer (TAC) beinhaltet eine Inertial Measurement Unit (IMU), GPS und eine barometrische Höhenmessung. Über eine Telemetrieeinheit werden die Daten zur Bodenstation gesendet. Über die GPS-Position kann die Rakete nach der Landung gefunden und geborgen werden. Um die Leistungsfähigkeit des Antriebs zu messen, werden verschiedene Drucksensoren im Antriebssegment verbaut. Die Tail Measurement Unit (TMU) nimmt diese Daten auf und schickt sie über die Telemetrie zur Bodenstation. Eine Black Box sichert die Daten in der Rakete im Falle einer Anomalie während des Flugs.

Die Bergung erfolgt über ein zweistufiges Fallschirmsystem. Der Vorfallschirm ist während des Flugs in der Spitze integriert. Die dazugehörige Verseilung und der Hauptfallschirm befinden sich im dahinterliegenden Fallschirmsegment. Im Apogäum wird die Spitze durch die pyrotechnische Einheit von der Rakete getrennt und der Vorfallschirm freigegeben. Bei Erreichen einer Höhe von mehreren hundert Metern über Grund wird der Hauptfallschirm geöffnet, wodurch die Rakete sicher landet. Nach bestätigter Landung kann die Rakete mithilfe der GPS-Position geborgen werden.

In der aktuellen Projektphase stehen unterschiedliche Tests zu diversen Raketenkomponenten an. Das Antriebssegment wird am DLR in Trauen in mehreren Triebwerkstests erprobt. Hier wird schrittweise das vollständige Antriebssystem der Rakete verwendet. Im nächsten Test folgen die Brennkammer, der Fluginjektor und das Hauptventil. Gleichzeitig wird der Testträger MIMAS, eine kleinere Rakete mit Feststoffmotor, für den Start vorbereitet. Dadurch werden Elektronikkomponenten getestet sowie die Zuverlässigkeit des Bergungssystems validiert. Mit diesen Tests sollen die einzelnen Subsysteme verifiziert werden, um 2020 einen erfolgreichen Start  zu ermöglichen.

REXUS-Programm

Am REXUS -Programm hat die ERIG bereits mehrfach erfolgreich teilgenommen. Das Programm ermöglicht es Studierenden aus ganz Europa, wissenschaftliche und technologische Experimente mit Forschungsraketen und Höhenforschungsballons durchzuführen. Zuletzt entwickelte die ERIG das Physikexperiment ELVIS (Exploration of Low-Velocity collisions In Saturn’s rings) für die REXUS 26-Kampagne. Beim REXUS-Programm werden die Experimente mit einer Rakete auf eine Höhe von circa 90 Kilometern befördert und anschließend mit einem Fallschirm geborgen. Dabei sind sie fast drei Minuten lang in Mikrogravitation.

Das Ziel von ELVIS ist es, mehr über die Kollisionseigenschaften der Partikel in den Saturnringen zu lernen. Dazu wurde ein Analogexperiment entwickelt, das Glaskugeln in Schwerelosigkeit zum Kollidieren bringt. Das Verhalten der Kugeln während der Schwerelosigkeit wird von drei Kameras beobachtet. In der Datenauswertung wird die Ballung der Kugeln untersucht. Mit den gewonnenen Daten können Simulationen der Teilchen in den Saturnringen verifiziert werden. Bei ELVIS arbeitete die ERIG zusammen mit Studierenden des Instituts für Geophysik und extraterrestrische Physik (IGeP) der TU Braunschweig.

Im Februar 2018 setzte sich die ERIG mit der Idee von ELVIS gegen andere Bewerber durch und durfte das vorläufige Design beim Preliminary Design Review (PDR) in Kiruna, Schweden, einer Runde von Experten des DLR, der SNSA (Swedish National Space Agency), der ESA und des ZARM (Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation) vorstellen. Anschließend hatten die Studierenden die Möglichkeit, in der Training Week anhand zahlreicher Workshops ihr Wissen zu vielen relevanten Themen zu erweitern. Im Sommer 2018 wurde der Entwicklungsstand des ELVIS-Experiments beim Critical Design Review (CDR) im GSOC (German Space Operations Center) in Oberpaffenhofen ein weiteres Mal auf Herz und Nieren überprüft. Anschließend konnte mit der Fertigung begonnen werden. Es folgte ein Treffen mit allen REXUS-Teams in Bremen. Highlight war schließlich die zweiwöchige Startkampagne in Nordschweden im März 2019. Ein einzigartiges Erlebnis für alle Beteiligten. Nicht zuletzt, weil das ELVIS-Experiment während des Flugs einwandfrei funktionierte und damit erfolgreich Daten für die Forschung an den Saturnringen lieferte.

Zukünftige Projekte

Gegen Ende 2019 steht die erneute Bewerbung zum REXUS-Programm an, bei der das Team mit einer neuen Projektidee an den Start gehen möchte. Das STERN-Programm neigt sich derweil der finalen Phase zu. In der Arbeitsgemeinschaft Experimentalraketen wird neben der FAUST II die Rhea-Rakete, eine zweistufige Rakete mit einer maximalen Geschwindigkeit von circa Mach drei und einer Maximalflughöhe von circa 15 Kilometern entwickelt. Der erste Testflug der Oberstufe soll Ende des Jahres in Drawsko Pomorskie, Polen, stattfinden.

Außerdem konstruieren und bauen die neuen Studierenden bei ERIG erste kleinere Raketen, die regelmäßig und innerhalb von kurzer Zeit gestartet werden können. So bekommen sie erste Einblicke in die Herausforderungen und Möglichkeiten der Raketenentwicklung. Außerdem befasst sich die ERIG seit Kurzem mit der Entwicklung eines eigenen Marsroverprototypen zur Teilnahme an der European Rover Challenge 2020. Dabei werden derzeit die ersten Konzepte für Fahrwerk, Energieversorgung und die Payload, bestehend aus einem robotischen Manipulator, sowie die ersten Ideen zur softwareseitigen Navigation und Steuerung des Rovers entwickelt und erprobt.




DGLR-Nachwuchsgruppe ERIG – die ExperimentalRaumfahrt-InteressenGemeinschaft e.V.

Lift-off der Faust-Rakete. Bild: ERIG e.V.


Seit mittlerweile 17 Jahren gibt es in Braunschweig eine Gruppe von Studenten, die sich mit Raketen und mit allem beschäftigt, was mit Raumfahrt zu tun hat. Die Geschichte des Vereins zieht sich dabei über viele verschiedene Projekte und Anforderungen bis hin zum STERN-Programm (Studentische Experimental-Raketen) einschließlich eines Raketenstarts am Polarkreis.

Die ExperimentalRaumfahrt-InteressenGemeinschaft e.V., kurz ERIG, wurde 1999 an der Technischen Universität Braunschweig gegründet. Sieben Studenten beschlossen ihrer Leidenschaft für Raketen und Satelliten nicht mehr nur theoretisch nachzugehen. Die Prämisse war simpel: „Fernab vom studentischen Alltag die theoretischen Vorlesungsinhalte praktisch umsetzen und dabei Spaß haben, ist das Ziel der ERIG“. Die ersten Raketen, die die Gruppe baute und startete waren Wasserraketen. Schnell kam die erste Heißwasserrakete hinzu und die Flughöhen stiegen von nicht einmal 50 Metern auf mehr als das zehnfache. Mit dem Wunsch, noch höher hinaus zu kommen, musste die ERIG auch bald die ersten gesetzlichen Hürden nehmen. Ziel der Bemühungen war der Start einer ersten Feststoffrakete. Damit stiegen die Flughöhen weiter bis auf etwa 1.000 Meter. Dabei hatten die Modellraketen oft nicht einmal zehn Zentimeter Durchmesser, waren ein bis zwei Meter lang und wogen etwa fünf Kilogramm.

Entwicklung der ersten Hybrid-Raketen

Doch auch mit den Feststoffmotoren stieß das Team bedingt durch den nötigen Sicherheitsabstand zu umliegenden Dörfern bald an eine Grenze.. Dazu kam ein neu erwachter Ehrgeiz der Studenten: Sie wollten selber einen Motor entwickeln. So begannen sie bereits im Jahr 2000, an Hybridraketentriebwerken zu forschen. Dieser Arbeit entspringt die mittlerweile vierte Generation der HYDRA-Familie (HybriDRaketenAntrieb). Zur Sicherheit aller werden die immer leistungsfähigeren Triebwerke in einer professionellen Testumgebung beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Trauen getestet. Der Standort hat eine ausgezeichnete Infrastruktur und wird schon seit vielen Jahren für Triebwerkstests genutzt.

Satelliten und Lehre

Im Laufe der Jahre nahm die ERIG auch viele andere Projekte in Angriff. So entwickelte sie den Braunschweiger Erdbeobachtungssatelliten BEOSAT bis einschließlich der Entwurfsphase erfolgreich. Der Satellit sollte über ein Teleskop und Mikrospektrometer verfügen. Ein weiteres Instrument sollte die Einschläge von kleinen Weltraummüllpartikeln detektieren. Hier arbeitete die ERIG eng mit dem Institut für Raumfahrtsysteme (IRAS) der Braunschweiger Universität zusammen, das sich intensiv mit dem Thema Weltraummüll beschäftigt.

Neben der Forschung engagiert sich die ERIG in der Nachwuchsarbeit und versucht Kinder und Jugendliche von ihren Projekten zu begeistern. So führte die Gruppe auf der Ideenexpo in Hannover 2011 und 2013 zahlreiche Starts einer Wetterballonsonde durch. Die Sonde wurde extra dafür von den Studenten entwickelt und verfügte über ein GPS-, Funk- und Mobiltelefonmodul zur Bergung, aber auch zahlreiche Kameras, um den Flug aufzuzeichnen. Neben diesen Events der Jugendarbeit, führt die ERIG noch heute regelmäßige Starts von Wetterballonen durch. Diese haben aber vorrangig wissenschaftliche Zielsetzungen.

Darüber hinaus ist die ERIG mit zahlreichen Veranstaltungen an der Lehre der Universität beteiligt. Die Studenten bieten regelmäßig Laborversuche für andere Studenten an. Zahlreiche Bachelor-, Master- und Diplomarbeiten wurden bei der ERIG unter der Betreuung des IRAS über Raumfahrtthemen verfasst.

Das STERN-Programm

Zu den größten Projekten, die die ERIG bisher bestritten hat, zählt das Leonis-Projekt innerhalb des STERN-Programms (Studentische Experimental-Raketen). Ziel des Programms ist es, dass Studenten von deutschen Hochschulen eine eigene Experimentalrakete einschließlich Antriebssystem planen, bauen und schließlich starten. Dazu haben sie drei Jahre Zeit. Die ERIG startete 2012 ihr STERN-Projekt. Die Raketen sollen eine Telemetrie-Einheit tragen und Überschallgeschwindigkeit sowie eine Höhe von mindestens drei Kilometern erreichen. Nach der Entwicklung werden die Raketen dann auf dem Raketenstartplatz Esrange nahe Kiruna in Schweden gestartet. An dem Programm, das 2012 startete, nahmen acht deutsche Hochschulen teil. Das DLR, das das Programm ausführt, gibt den Projekten nur wenig vor, kann aber bei fünf Reviews den Fortschritt nachverfolgen und Einfluss nehmen. Finanziert werden die Projekte vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Die ERIG entwickelte und baute im Leonis-Projekt die Faust-Rakete mit 123 Millimeter im Durchmesser, 3,2 Meter Länge und einem Gewicht von 24 Kilogramm. Die Simulation prognostizierte eine Geschwindigkeit von Mach 1,2 und ein Apogäum von sechs Kilometern. Für den Antrieb wurde die HYDRA3 mit HTPB, einem speziellem Kautschuk, und Lachgas verwendet.

Die Konzepte für die Rakete wurden bis zu dem Preliminary Design Review (PDR) entwickelt, bei dem die technische Angemessenheit des vorläufigen Designs geprüft wird und in ein ausgereiftes Design bis zur endgültigen Planungskontrolle, dem Critical Design Review (CDR), umgesetzt. Als nächstes mussten sich die Studenten dem Integration Progress Review (IPR) stellen. An diesem Punkte musste noch nicht die gesamte Rakete fertig sein, aber die wesentlichen Baugruppen mussten bestehen. Zu diesem Zeitpunkt waren vier der acht Gruppen für die Startkampagne im Herbst 2015 eingeplant. Doch kurz vor dem Rocket Acceptance Review (RAR) trat bei der Gruppe vom ZARM Bremen (Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation) ein Problem mit dem Flugcomputer auf. Ein kommerzielles Produkt, das als zuverlässig galt, machte Probleme. Der Starttermin war damit für sie nicht mehr einzuhalten. So waren somit nur noch drei Teams im Rennen, die ERIG aus Braunschweig, eine Gruppe aus Berlin mit einer ähnlich großen Rakete, aber mit kommerziellem Feststoffmotor sowie eine Gruppe aus Stuttgart, ebenfalls mit einer Hybridrakete, die Paraffin und Lachgas verbrannte.

Start im schwedischen Kiruna

Am 19. Oktober 2015, nach dreieinhalb Jahren Entwicklungszeit, war es dann so weit: Die Startkampagne begann. Die ERIG und die Stuttgarter Gruppe begannen zeitgleich, ihre Starts vorzubereiten. Der Start der ERIG sollte zuerst, am 20. Oktober, erfolgen, die Stuttgarter Gruppe sollte den Start zwei Tage später durchführen. Wie leider so oft kam es aber bei den Startkampagnen zu Problemen. In der Gaslieferung für die ERIG war das Helium enthalten, welches sie zum Bedrücken des Oxidators verwenden. Bestellt waren 300-bar-Flaschen, geliefert wurde Helium mit 200 bar. Damit konnte die Rakete nicht fliegen. So riefen die Studenten am 20. Oktober fast jeden Gaslieferanten in Schweden, Norwegen und Finnland an. Nirgendwo waren die benötigten Gasflaschen verfügbar. Als einzige Lösung blieb eine Kurierlieferung aus Hamburg. Damit konnte der Start allerdings erst zwei Tage verspätet durchgeführt werden.

Am 22. Oktober 2015 begann um 9:30 Uhr der Countdown für das Braunschweiger Team. Der Countdown für das Stuttgarter Team sollte um 13:30 Uhr starten. Beide Teams hatten jeweils 90 Minuten Zeit für ihren Start. Die ERIG hielt den Countdown ein, sodass der Start der Faust-Rakete Punkt 11:00 Uhr erfolgte. Die Rakete erreichte die Schallgeschwindigkeit und stieg auf eine Flughöhe von 5.410 Meter, die Telemetrie-Einheit sendete über den ganzen Flug Daten zur Bodenstation. Die STERN-Ziele waren damit erfüllt.

Ganz problemlos sollte der Flug dann aber doch nicht verlaufen. Das Fallschirmsystem löste im Apogäum aus und riss ab, vermutlich bedingt durch eine zu hohe Vertikalgeschwindigkeit. Die Rakete landete unsanft einige Kilometer weiter als geplant im Wald, wo sie nachmittags mit einem Hubschrauber geborgen wurde.

Das Team aus Stuttgart startete seine Rakete am Nachmittag zunächst ebenfalls erfolgreich. Doch kurz nach dem Start kam es zu technischen Problemen mit dem Antrieb. Die Gruppe aus Berlin bereitete anschließend ihre Starts vor und startete erfolgreich zwei Feststoffraketen. Auch hier kam es zu unsanften Landungen.

Trotz der zerstörten Rakete wird das Leonis-Projekt als Erfolg gesehen, da das primäre Ziel, die Ausbildung von Studenten, erreicht wurde. Die ERIG wurde im November 2016 für ihre Leistung im STERN-Programm mit dem niedersächsischen Wissenschaftspreis für Studenten ausgezeichnet.

Zukünftige Projekte und Forschung

Derzeit nimmt die ERIG am REXUS-Projekt des DLR teil. Dafür wird ein Experiment entwickelt, das die Eigenschaften von Gecko-Materialien in der Schwerelosigkeit untersucht. Lamellengeckos können sich mit ihren mit Milliarden feinster Härchen besetzten Füßen auch an den glattesten Oberflächen festhalten. Diese Eigenschaft soll später einmal dazu dienen, an Weltraummüll anzudocken und diesen zu beseitigen. Das STERN-Programm soll 2017 wiederholt werden. Die ERIG wird sich wieder dafür bewerben.