Der Aerospike-Motor ist ein altbewährtes Konzept. In der Vergangenheit hat die NASA das Konzept vor Ort ausgiebig getestet und gehofft, es in das Space Shuttle und das Venture Star-Programm der nächsten Generation (ein Single-Stage-To-Orbit-Fahrzeug (SSTO)) integrieren zu können. Aus Budgetgründen wurde das Space Shuttle jedoch stattdessen mit glockenförmigen Düsen ausgestattet, und der Venture Star erblickte nie das Licht der Welt.
Dank des in New Mexico ansässigen Luft- und Raumfahrtunternehmens ARCA erhält der Aerospike-Motor ein neues Leben. Im kommenden August werden sie mit ihrer Demonstrator 3-Rakete einen Testflug des Aerospike-Triebwerks durchführen, der den ersten Raumflug des Triebwerks darstellen wird. Wenn alles gut geht, wird dies ein wichtiger Schritt zur Schaffung einer Flotte von SSTO-Raketen (Single Stage-To-Orbit) sein.
Was das Aerospike-Triebwerk attraktiv macht, ist die Tatsache, dass es über einen weiten Höhenbereich einen effizienten Schub bietet und außerdem sparsamer als aktuelle Triebwerke ist. Bei herkömmlichen glockenförmigen Düsen tritt ein zuverlässiger Schub meist nur auf Meereshöhe auf. Darüber hinaus kann der Motor den atmosphärischen Druckabfall nicht ausnutzen, da die Gase in der Düse enthalten sind.
Im Gegensatz dazu kann sich der Auspuff des Aerospike-Triebwerks vom Meeresspiegel bis in den Weltraum ausdehnen, was sowohl Kraftstoffeffizienz als auch ein hohes Maß an spezifischem Impuls (Isp) auf allen Flugebenen gewährleistet. ARCA und NASA haben bereits Boden- und Vakuumtests für den Motor geplant. In der Zwischenzeit möchten sie aber auch Daten über die Leistung im Flug sammeln. Hier kommt der Demonstrator 3-Test ins Spiel.
Neben dem Testen des Triebwerkswirkungsgrads wird auch die superkalte Kraftstoffspeichertechnologie des Aerospikes getestet. Grundsätzlich ist der Motor auf eine zersetzende 70% ige Wasserstoffperoxidkonzentration bei einer Temperatur von nur 250 ° C angewiesen, um Schub zu erzeugen. Das Nebenprodukt davon ist Sauerstoff und Wasser, was den Aerospike zum bislang umweltfreundlichsten Raketenkonzept macht. Wie Dumitru Popescu, der CEO von ARCA, kürzlich in einer Erklärung sagte:
"Indem wir die Demonstrator 3-Rakete mit einem superkalten Motor mit nur 250 ° C anstelle von 3500 ° C in der Reaktionskammer in Kombination mit der Aerospike-Technologie in den Weltraum schicken, werden wir das beeindruckende Potenzial des Aerospikes demonstrieren."
Letztendlich soll hier gezeigt werden, dass SSTO-Raketen machbar sind, die ARCA mit ihrem Haas 2CA-Konzept untersucht. Diese Trägerrakete ist die neueste der Haas-Raketenfamilie, die zu Ehren des österreichisch-rumänischen Raketenpioniers Conrad Haas benannt wurde. Sie verwendet Wasserstoffperoxid und Kerosin als Treibstoff und kann auf Meereshöhe 22.900 kg Schub und 50.565 kg erzeugen kg (74.000 lbs) im Vakuum.
Im Vergleich zu mehrstufigen Raketen bieten SSTOs sowohl geringere Kosten als auch mehr Flexibilität beim Start kleiner Nutzlasten in den Orbit. Nach Schätzungen von Space Works und Eurostat wird dieser kleine Satellitenmarkt in den nächsten zehn Jahren um 5,3 Milliarden US-Dollar wachsen. Daher können Luft- und Raumfahrtunternehmen, die wettbewerbsfähige Startraten und Flexibilität bieten können, von diesem Wachstum profitieren.
Das Unternehmen stellte die Haas 2CA bereits im März 2017 am Firmensitz in Las Cruces, New Mexico, vor. 2018 hofft ARCA, ihren ersten Teststart des Haas 2CA von der Wallops Flight Facility der NASA in Virginia aus durchführen zu können. Bevor dies jedoch geschehen kann, muss das Unternehmen sicherstellen, dass der Aerospike-Motor die erwartete Leistung erbringt. Wie Popescu erklärte:
„Der Haas 2CA Single Stage to Orbit ist nur der Anfang einer neuen Generation von Raumfahrzeugen, die von Innovationen geprägt sind, die niedrigere Kosten verursachen. Wir werden eine der am häufigsten gestellten Fragen der Branche beantworten: Kann ein Aerospike im Flug den durch Höhenunterschiede erzeugten Druckausgleich liefern und die erwartete Leistung durch Einsparung von Kraftstoff liefern? Wir wollen dort weitermachen, wo die NASA aufgehört hat, und beweisen, dass diese Technologie tatsächlich der richtige Weg für Raumflüge ist. “
Der Testflug, der am Spaceport America in der Wüste von New Mexico stattfinden wird, besteht aus einem suborbitalen Raumflug, der den Demonstrator 3 bis zu einer Höhe von 100 km bringen wird. Wenn dieser Flug erreicht wird, hat ARCA gezeigt, dass die Triebwerkstechnologie flugqualifiziert ist, dass SSTO-Raketen machbar sind und dass superkalte Triebwerke in Kombination mit Aerospike-Technologie umweltfreundliche suborbitale Raketen ermöglichen.
Der Test wird auch ein Meilenstein für die kommerzielle Luft- und Raumfahrtindustrie sein, die auf dem Wunsch basiert, den Raum zugänglicher zu machen und die mit einzelnen Starts verbundenen Kosten zu senken. Und wie Popescu mit Sicherheit angedeutet hat, besteht der beste Weg, dies nicht nur darin, bestehende Konzepte zu verbessern, sondern modernste und bewährte Technologien zu nutzen, um neue zu schaffen.
"Wir sind zuversichtlich, dass der Aerospike-Motor in Kombination mit Kraftstofftanks aus Verbundmaterial und dichten Kraftstoffen die Kosten für Orbital- und Suborbitalstarts erheblich senken wird", sagte er. „Wir sind der festen Überzeugung, dass die Antwort auf die Kostensenkung der Raumfahrt Innovation ist und nicht versucht, alte Technologien ein bisschen effizienter zu machen. Dies wird niemals zu einem signifikanten Preisverfall bei Weltraumstarts führen, sondern nur zu kleinen Verbesserungen. In Anbetracht dieser Philosophie erwarten wir, den registrierten Wert unseres Unternehmens von derzeit 20 Millionen US-Dollar auf mindestens 200 Millionen US-Dollar bis 2019 zu steigern. “
Die Entwicklung von SSTOs ist nur eine Möglichkeit, mit der die kommerzielle Luft- und Raumfahrtindustrie die Weltraumforschung wirtschaftlicher macht. Weitere Beispiele sind die Entwicklung wiederverwendbarer Raketen durch SpaceX und die Verwendung leichter Materialien durch Rocketlab zur Herstellung von zweistufigen Einwegraketen.
Diese Maßnahmen ermöglichen nicht nur die Kommerzialisierung der erdnahen Umlaufbahn (LEO), sondern eröffnen auch Möglichkeiten, die bisher als unmöglich galten - wie weltraumgestützte Solarenergie und Weltraumlebensräume!
Erfahren Sie mehr über diesen und andere bevorstehende Tests. Schauen Sie sich in diesem Video an, wie sich ARCA mit freundlicher Genehmigung von ARCA auf den bevorstehenden Aerospike-Testflug vorbereitet:
