In den letzten zehn Jahren haben nachhaltige Raumfahrtantriebssysteme zunehmend an Interesse gewonnen, und es werden immer mehr Nutzlasten in den Orbit befördert. Allerdings führt die wachsende Zahl dieser Satelliten zu einem erhöhten Kollisionsrisiko und zur Entstehung von Weltraumschrott, was wiederum Satelliten und zukünftige Missionen im gleichen Orbit gefährdet. Daher besteht ein dringender Bedarf, die Reinheit des Weltraums zu erhalten, indem kompakte Antriebssysteme für diese Satelliten entwickelt werden. Diese Antriebssysteme sind notwendig, um Manövrierfähigkeit während einer Mission und um gezielte De-Orbit-Manöver am Ende ihrer Lebensdauer oder im Falle eines unerwarteten Ausfalls zu ermöglichen.
Im Raumfahrtsektor wird derzeit an der Entwicklung mehrerer alternativer Antriebskonzepte gearbeitet, um diesen Bedarf gerecht zu werden. Eine wesentliche Herausforderung besteht in der Verwendung alternativer, umweltfreundlicher Treibstoffe, sowie in der Miniaturisierung von Triebwerken und Subsystemen, erforderlich durch die begrenzte Größe von CubeSats und anderen Mikrosatelliten. Diese Entwicklungen zielen darauf ab, die Nachhaltigkeit und Sicherheit von Weltraumoperationen sicherzustellen.
Insgesamt ist die Entwicklung kompakter Antriebssysteme für CubeSats und andere Mikrosatelliten entscheidend, um die Sauberkeit und Sicherheit des Weltraums zu erhalten. Da die Nachfrage nach diesen Systemen weiterhin steigt, ist kontinuierliche Forschung und Innovation erforderlich, um sicherzustellen, dass die entwickelten Antriebssysteme wirksam, effizient und umweltfreundlich sind.
Forschungsschwerpunkte
Das Institut für Gasturbinen, Luft- und Raumfahrtantriebe (GLR) der Technischen Universität Darmstadt ergreift Maßnahmen zur Entwicklung innovativer Lösungen für die Herausforderungen, vor denen CubeSats und andere Mikrosatelliten stehen. Unter anderem hat das GLR derzeit laufende Projekte in den folgenden Forschungsbereichen:
- Wasserstoffelektrolyse-Antriebssystem: Diese Technologie verwendet Wasser als Treibstoff verwendet, um ein kleines Triebwerkssystem für De-Orbit-Manöver zu realisieren. Herkömmlichen Antriebssystemen verwenden oft Hydrazin, was zwar hypergole und lagerfähig ist, jedoch auch hoch toxisch. Wasserstoffelektrolyse-Antriebssysteme dagegen produzieren im Weltraum grünen Treibstoff, indem sie Wasser durch den Elektrolyseprozess in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen.
- Small-scale Rotating detonation Engine (RDE): Anstelle von Deflagration verwenden Rotationsdetonationsmotoren (RDEs) Detonation, einen Drucksteigerungsverbrennungsprozess, der zu großen Drucksteigerungen und höheren Temperaturen führt. Im Allgemeinen sind noch mehrere physikalische Prozesse in RDEs zu verstehen. Small-scale RDEs bleiben eine Herausforderung aufgrund hoher Wärmeverluste und einer erhöhten Frequenz der rotierenden Detonationswelle. Derzeit arbeiten wir an einem konzeptionellen Entwurf und der Entwicklung eines small-scale RDEs, um seine Effizienz zu untersuchen.
- Miniaturisierte Zündkonzepte: Mit der anhaltenden Nachfrage nach CubeSats und anderen Mikrosatelliten wird die Entwicklung miniaturisierter Zündkonzepte eine wichtige Rolle in der Zukunft der Raumfahrtforschung und Satellitentechnologie spielen. Die Gestaltung effizienter Zündsysteme insbesondere für kleine Satelliten stellt erhebliche Herausforderungen dar. Ein Hauptziel ist die Durchführung einer Machbarkeitsstudie zur Verwendung der kalten Plasmazündung in Raumfahrtantriebssystemen. Darüber hinaus arbeiten wir derzeit an innovativen miniaturisierten Zündkonzepten wie Resonanzzündung und katalytischen Zündkonzepten.
