Raumfahrt: DLR testet 3D-gedrucktes Raketentriebwerk

3D-Druck hat manche Vorteile gegenüber herkömmlichen Produktionsverfahren, wie Effizienz oder die Herstellung komplexer Bauteile. Das DLR hat erstmals ein Raketentriebwerk getestet, das mit einem 3D-Drucker aufgebaut wurde.

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Triebwerk Berta bei der Montage: komplexes Design der Kühlkanäle
Triebwerk Berta bei der Montage: komplexes Design der Kühlkanäle (Bild: ArianeGroup Holding/Alpensektor)

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat erstmals ein Triebwerk getestet, das im 3D-Druck aufgebaut wurde. Der Test fand auf dem Entwicklungsprüfstand des DLR in Lampoldshausen bei Heilbronn statt.

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Der Biergoler Raumtransportantrieb (Berta) wurde im Rahmen des Programms für zukünftige europäische Trägersysteme (Future Launcher Preparatory Programme, FLPP) der Europäischen Raumfahrtagentur (European Space Agency, Esa) entwickelt. Zu dem Programm gehört auch das wiederverwendbare Triebwerk Prometheus.

Am 18. Februar 2019 wurde das Triebwerk, das für einen Schub von 2,45 Kilonewton ausgelegt ist, erstmals gezündet und lief 560 Sekunden lang. Betrieben wird Berta mit Treibstoffen, die bei Raumtemperatur gelagert werden können. Diese Art von Triebwerken kann mehrfach gezündet werden und eignet sich deswegen für längere Missionen. Da solche lagerfähigen Treibstoffe giftig sind, werden Tests auf dem Prüfstand mit kryogenen Treibstoffen durchgeführt.

Laser verschmilzt Metallstaub

Gedruckt wurde Berta Ende 2018. Als Verfahren kam das selektive Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM) zum Einsatz. Dabei wird der pulverförmige Werkstoff schichtweise ausgebracht und von einem Laser aufgeschmolzen. Bei Berta wurde der Einspritzkopf aus einer korrosionsbeständigen Nickelbasislegierung und die Brennkammer aus Edelstahl aufgebaut.

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In einem additiven Verfahren lassen sich komplexere Strukturen herstellen als in einem konventionellen. Für Berta wurde etwa ein neuartiges Design der Kühlkanäle für die Brennkammer entworfen, das eine bessere Kühlung ermöglichen soll. Eine effizientere Kühlung wiederum ermöglicht eine kompaktere Bauweise, wodurch Material und damit Gewicht gespart wird.

"Die additive Fertigung eröffnet Europa neue Wege, Triebwerke zu fertigen", sagt Lysan Pfützenreuter, Projektleiterin beim DLR Raumfahrtmanagement. "Mit dem erfolgreichen Nachweis der Technologie wird ein wichtiger Schritt in Richtung einer verbesserten Wettbewerbsfähigkeit europäischer Trägersysteme gegangen."

Das Berta-Testprogramm läuft noch vier Wochen. "Ziele der aktuellen Tests sind, das Strömungsverhalten und den Wärmeübergang bei gedruckten Oberflächen zu untersuchen. Diese neue Technologie kann derzeit europaweit nur am Prüfstand 8 in Lampoldshausen getestet werden", sagt Gerd Brümmer, Leiter des Prüfstands P8. Die Ergebnisse sind auch für andere Projekte der Esa relevant, etwa für die Ariane-6-Triebwerke Vinci und Vulcain, die ebenfalls per 3D-Druck hergestellt werden sollen.

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