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Innovative Low-Mass Tanks for a Low-Cost, Low-Carbon European Micro-Launch Vehicle

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Umweltschonender, kostengünstiger Transport von Kleinsatelliten ins All

Kraftstofftanks aus Kohlefaser sind billiger, leichter und emissionsärmer und könnten den Transport von Kleinsatelliten ins All künftig konkurrenzfähiger machen.

Weltraum

Der Markt für Kleinsatelliten wächst rasant, da diese deutlich preiswerter sind und auch ihr Abschuss ins All sehr viel zeiteffizienter geplant werden kann als bei Großsatelliten. Noch werden Kleinsatelliten jedoch als sekundäre Nutzlast von größeren Satelliten transportiert, was zu großen Zeitverzögerungen führt und mitunter jahrelangen Planungsvorlauf braucht.

Fortschritte beim Transport von Kleinsatelliten in den Weltraum

Um eine neue Kategorie von Kleinstsatelliten in die Umlaufbahn zu bringen, entwickelte Orbex, ein britisches Unternehmen für Raumfahrttechnik, eine der weltweit modernsten, emissionsreduzierten und leistungsstärksten Mikro-Startraketen. Im Mai 2022 stellte Orbex den ersten maßstabsgetreuen Prototyp der orbitalen Weltraumrakete mit spezieller Startrampe vor. Mit einer Nutzlastkapazität der Mikrorakete von 180 kg entfallen auch bisherige Transportprobleme, was dedizierte Starts für kleine Satellitenbetreiber deutlich billiger macht. Zudem ist der Planungsspielraum größer.

Bahnbrechender Kraftstofftank aus Verbundwerkstoff

Ein Erfolgsfaktor für die Rakete war die im Rahmen des EU-finanzierten Projekts PRIME entwickelte Konstruktion ihrer Treibstofftanks. Unter Einsatz verschiedenster Hightech-Materialien und -verfahren konstruierte die Arbeitsgruppe ein umfassendes technisches Qualifikationsmodell von Kohlefasertanks für kryogene Treibstoffe. Durch den innovativen Kraftstofftank ist die Trockenmasse der Trägerrakete um bis zu 30 % geringer als bei herkömmlichen Konstruktionen und damit ein entscheidender Aspekt für Kleinsatelliten: die Gewichtsreduzierung steigert Effizienz, Leistung und Stabilität. Geringere Masse ist auch ein wesentlicher Faktor beim Bau von Mikro-Startraketen. Dabei macht man sich die Eigenschaften kryogener Treibstoffe zunutze. Diese Gase werden unter den Gefrierpunkt abgekühlt und zu extrem brennbaren Flüssigkeiten kondensiert. Der Schub, den die kryogenen Treibstoffe – in diesem Fall flüssiger Sauer- und Wasserstoff – liefern, reicht für große Raketen aus. PRIME hat den Tank entwickelt, prototypisiert, im Originalmaßstab gebaut, mit Instrumententechnik ausgerüstet und druckgetestet. Als nächstes wurde das Konzept unter kryogenen Bedingungen validiert. „Dies ist mit Sicherheit eine bahnbrechende Innovation und vielleicht der erste jemals in Europa hergestellte Kryotank aus Kohlefaser ohne Auskleidung“, kommentiert Chris Larmour, Gründer und Geschäftsführer von Orbex, Europas führendem Privatunternehmen für Weltraumstarts und Koordinator von PRIME. Eine weitere Weltneuheit von Larmour ist der erste umweltfreundliche Raketentreibstoff. Die Mikro-Startrakete ist bis zu 96 % emissionsärmer als vergleichbare, mit fossilen Brennstoffen betriebene Raketen. Bei der Entwicklung des Tanksystems verbesserte das Projektteam auch das Design der Schubstrukturen des Raketentriebwerks. Da sich das Triebwerkssystem unter den Haupttreibstofftanks befindet, konnte die Verkleidung der Hauptmotorsysteme optimiert werden.

Erste europäische Mikro-Startrakete für den Weltmarkt

Das Projekt unterstützte Orbex beim Aufbau neuer Handelspartnerschaften und der Kundengewinnung. Zugleich wurden erhebliche zusätzliche Risikokapitalfinanzierungen beschafft, neue Produktions- und Testanlagen eingerichtet und die Zahl Vollzeitmitarbeitender von 25 auf 90 erhöht. Orbex wurde das Patent für die Technologie erteilt und dieses auf 13 weitere Gebiete ausgeweitet, u.a. auf die Vereinigten Staaten. „PRIME fördert damit umweltverträgliche, kostengünstigere Weltraumstarts auf dem europäischen Festland“, schließt Larmour. „Zudem wird es Unternehmen Vorschub leisten, die sich mit dem Start von Kleinsatelliten befassen, sodass ein wirtschaftlicher Nutzen von 1,1 Milliarden Euro für dieses Jahrzehnt errechnet wurde.“

Schlüsselbegriffe

PRIME, Satellit, Kleinsatellit, Tank, Rakete, Weltraum, Micro-Launch-Vehicle, Mikro-Startrakete, Start, Gewicht

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