Raumfahrt 16.07.2004, 18:31 Uhr

Wenn in Lampoldshausen die Erde bebt

Dann soll der Hoffnungsträger, die noch leistungsfähigere Ariane 5 ECA, abheben. Deren Erstflug war 2002 an einem Triebwerksfehler gescheitert. Um neue Pannen zu vermeiden, wird dieses Triebwerk seit Monaten getestet – im süddeutschen Lampoldshausen.

Es gibt kaum ein Triebwerk einer Ariane, das nicht hier auf dem Gelände getestet wurde“, erklärt Andreas Haberzettl, und zeigt auf die beiden viereckigen Türme, die weit über den dichten Wald hinausragen. Insgesamt fünf solcher Testanlagen für Raketentriebwerke gibt es auf dem Gelände.
Denn hier im schwäbischen Lampoldshausen, tief versteckt im Wald, hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt einen Ableger, in dem gut 200 Mitarbeiter nahezu ausschließlich Raketentriebwerke entwickeln und testen. Und Haberzettl ist dafür verantwortlich, dass diese Testanlagen einwandfrei arbeiten.
In jüngster Zeit ging es in Lampoldshausen vor allem um ein Triebwerk: das überarbeitete Vulcain 2-Triebwerk der europäischen Trägerrakete Ariane 5 ECA. Getestet wird es auf dem größten Prüfstand auf dem Gelände, P5 genannt. Im P5 sind riesige Tanks für flüssigen Wasserstoff und Sauerstoff – den Treibstoffen des Vulcain 2 – untergebracht.
Die Ampeln auf den Zufahrtswegen zum P5 sind mittlerweile auf gelb gesprungen, ein Zeichen dafür, dass der Countdown für den nächsten Versuch läuft. Wachmänner kontrollieren jeden, der in die Nähe der Testanlage will. Aus dem Wald schallen Lautsprecher, die die letzten Wanderer aus der Umgebung des Geländes verscheuchen.
Langsam füllt sich auch der Kontrollraum im Bunker, einige hundert Meter vom Prüfstand entfernt. Die Ingenieure checken die letzten Daten auf ihren Bildschirmen, gut 500 Sensoren überwachen beim Test das Triebwerk und den Prüfstand. Dann ertönt eine Lautsprecherstimme „Start in 20 Minuten“.
Niemand darf sich jetzt auf dem Gelände mehr im Freien aufhalten.
Im Dezember 2002 sollte das Vulcain 2-Triebwerk zum ersten Mal die neue, leistungsstarke Ariane 5 ECA mit insgesamt 10 t Nutzlast in den Weltraum bringen. Doch 96 s nach dem Start versagte das Kühlsystem, der Triebwerksstrahl fraß sich durch die Düse des Triebwerks, die Rakete war nicht mehr zu kontrollieren und wurde schließlich 456 s nach dem Start gesprengt. Zwei Satelliten im Wert von vielen Millionen Euro gingen verloren.
Ein Untersuchungsausschuss, geleitet vom Chef des DLR-Standorts Lampoldshausen, Prof. Wolfgang Koschel, kam zu dem Ergebnis, dass das Vulcain 2-Triebwerk nie unter Bedingungen getestet worden sei, die einem Flug vergleichbar sind – etwa unter den dynamischen Lasten beim Durchgang durch die Schallmauer und unter Vakuumbedingungen in großen Höhen.
Die Kommission um Koschel empfahl deshalb neben einer rigorosen Überprüfung der Triebwerke auch den Aufbau adäquater Testanlagen.
Im Kontrollzentrum in Lampoldshausen sind es nur noch wenige Sekunden bis zur Zündung. Auf den Bildschirmen sieht man Kondenswolken aus dem Vulcain-Triebwerk aufsteigen, das bis auf 20 K heruntergekühlt ist. Nervöse Anspannung macht sich unter den fast 20 Ingenieuren im Kontrollraum breit. Noch zwei Sekunden, dann ein lauter Sirenenton, Zündung.
Eine kurze Flamme schießt aus dem Triebwerk, dann der volle Triebwerksstrahl. Ein fernes Grollen ist zu hören, der Boden des Kontrollzentrums vibriert leicht. Über der Testanlage steigt eine Wasserdampfwolke empor vom Wasser, das zur Kühlung in das Abgasleitrohr gepumpt wird.
„Dass ein Test so reibungslos anläuft“, so Haberzettl, „ist keine Selbstverständlichkeit. Es ist wie beim Start einer Ariane“. Und die werden ja auch häufig verschoben.
Nach der Panne mit dem ersten Flug des Vulcain 2-Triebwerks Ende 2002 hatten die Verantwortlichen von Arianespace, der Betreibergesellschaft der Ariane, noch gehofft, schon Mitte 2003 wieder eine Ariane mit dem Vulcain 2-Triebwerk fliegen zu können.
Doch dann lief ein großes „Recovery-Programm“ für die Ariane an und der Termin ließ sich nicht halten. „Die Tests, die Simulationen und der Bau eines neuen Prototypen machten das unmöglich“, so Koschel.
Nach der Panne im Dezember 2002 wurde das Vulcain-Triebwerk deutlich verbessert. Das obere Drittel der Düse wurde mit Metallplatten verstärkt, der Durchfluss der Kühlflüssigkeit – flüssiger Wasserstoff – wurde erhöht und auf der Innenseite der Düse eine Keramikbeschichtung aufgebracht.
Zudem wurde der Prüfstand in Lampoldshausen umgebaut, um sowohl die Fluglasten beim Schalldurchgang zu simulieren, wie auch ein relatives Vakuum zu erzeugen. Dazu wurde ein Load Simulation Device (LSD) gebaut, eine kleine Glocke um das gesamte Triebwerk. Mit einer Kraft von gut 7 t wurde die Triebwerksdüse zur Seite gedrückt, um die Lasten beim Schalldurchgang zu simulieren. Zugleich wurde die Umgebungsluft aus der Glocke bei laufendem Triebwerk abgesaugt, um ein Vakuum zu erzeugen. Zweimal wurde das verbesserte Triebwerk im LSD getestet. „Damit wurde, soweit es auf der Erde möglich ist, die Robustheit des Triebwerks nachgewiesen“, erklärt Koschel.
Etwas über elf Minuten läuft der Test jetzt schon, damit brennt das Triebwerk fast drei Minuten länger als beim Einsatz in einer Ariane 5 ECA. Gebannt verfolgt die Testcrew die Daten auf ihren Bildschirmen. Als die Flamme des Triebwerks wie geplant erlischt, kommt gedämpfter Jubel auf und die Ingenieure beglückwünschen sich.
Wenig später geht als erstes ein Trupp Feuerwehrleute und Techniker in den Prüfstand, gut eine Stunde nach dem Test kann auch die restliche Testcrew das Triebwerk näher untersuchen. Noch immer ist der obere Teil des Triebwerks von außen mit gefrorenem Kondenswasser bedeckt. Kaum vorstellbar, dass nur knapp 6 mm entfernt auf der Innenseite der Düse bis zu 1000 K herrschen, im Triebwerksstrahl sogar an die 3600 K. Gut 175 m3 flüssiger Sauerstoff und 465 m3 Wasserstoff werden bei einem solchen Test verbraucht, das Triebwerk erreicht eine thermische Leistung von 3,5 Gigawatt oder rund 4 Mio. PS – das reicht für einen Schub von gut 120 t. Jedes Triebwerk – abgesehen von den beiden großen Boostern der Ariane 5 – , das auf einer Ariane in den Weltraum fliegt, durchläuft in Lampoldshausen oder in Frankreich einen Abnahmetest, wird dabei in der Regel zweimal gezündet. „Öfter“, erläutert Haberzettl, „sollte ein Triebwerk vor dem Start nicht gezündet werden.“ Bei diesem Abnahmetest wird jedoch das LSD nicht mehr eingesetzt. „Das“ so Koschel, „würde den Aufwand nicht rechtfertigen.“ Schon jetzt kostet so ein Triebwerkstest gut 2 Mio. €.
Das erste Exemplar des verbesserten Vulcain 2-Triebwerks ist bereits auf dem Weg zum europäischen Weltraumbahnhof in Kourou. Im Oktober soll es zum zweiten Mal mit einer Ariane 5 ECA in den Weltraum fliegen. Zumindest eines ist sicher: In Lampoldshausen haben bisher die verbesserten Düsen alle Tests durchgestanden.moc

 

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Mock

    Redakteur und Reporter VDI nachrichten. Fachthemen: Wissenschafts- und Technologiepolitik, Raumfahrt, Reportagen.

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