Raketentriebwerke erreichen im DLR Lampoldshausen die nächste Stufe

Die Luft- und Raumfahrtindustrie hat eine Hochburg in Baden-Württemberg 

Neben der Universität Stuttgart, der Universität Ulm, dem Karlsruher Institut für Technologie, der Berufsakademie Friedrichshafen und der Berufsakademie Ravensburg gibt es ein dichtes Netz an wirtschaftsnahen Forschungseinrichtungen, insbesondere Institute des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Fraunhofer-Gesellschaft, der Innovationsallianz Baden-Württemberg und der Max-Planck-Institute. 

Die Bandbreite der Unternehmen reicht von international führenden Konzernen wie Tesat-Spacecom und Thales bis hin zu kleinen und mittleren Unternehmen. Auch innovative Start-ups sind mit von der Partie. Die Unternehmen entwickeln und produzieren Hightech-Lösungen für die Luft- und Raumfahrtindustrie und exportieren diese international. Diese Unternehmen sind ein wesentlicher Bestandteil des Spitzentechnologie-Ökosystems der Region. 

In Baden-Württemberg sind rund 16.000 Menschen in der Luft- und Raumfahrtindustrie beschäftigt, die einen Jahresumsatz von rund 5 Milliarden Euro erwirtschaften - Tendenz steigend. Bemerkenswert ist, dass die baden-württembergischen Unternehmen 17,5 Prozent ihres Umsatzes in Forschung und Entwicklung reinvestieren. Die DLR-Institute in und um Stuttgart sind wichtige Innovationstreiber in diesem Netzwerk. Ihre Schwerpunkte liegen in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Künstliche Intelligenz, Energie, Verkehr und Sicherheit. Sie betreiben sowohl Grundlagen- als auch angewandte Forschung, auch in Zusammenarbeit mit Industriepartnern.

 

Das Institut für Raumfahrtantriebe in Lampoldshausen ist ein Zentrum für Forschung, Entwicklung und Erprobung

Ein DLR-Institut, das in diesem Artikel näher vorgestellt werden soll, ist das Institut für Raumfahrtantriebe in Lampoldshausen. Hier forschen Wissenschaftler, Diplomanden und Doktoranden aus der ganzen Welt an den Raumfahrtantrieben der Zukunft. Dazu gehören Antriebe mit Turbopumpen und Technologien auf Basis von flüssigem Wasserstoff und verflüssigtem Erdgas wie Methan. Darüber hinaus verfügt Lampoldshausen über Prüfstände für Raketentriebwerke, die in Europa einzigartig sind.

Prof. Dr. Jan Deeken, Leiter des DLR-Instituts für Raumfahrtantriebe, erklärt: „In Lampoldshausen betreiben wir wichtige Anlagen des europäischen Raumfahrtprogramms, die großen Prüfstände. Tatsächlich ist jedes große Raketenantriebsentwicklungsprogramm der letzten Jahrzehnte irgendwann einmal durch Lampoldshausen gegangen. Das hat den Ort unter Insidern fast zu einem Mythos gemacht.“ 

Ein aktuelles Beispiel ist die Oberstufe der Ariane 6. Das Ariane 6 Hot Firing Module (HFM) wurde vor seinem erfolgreichen Jungfernflug im Juli 2024 fünfmal in Lampoldshausen getestet. Ein jüngerer Test dürfte für die Lampoldshauser Wissenschaftler mindestens ebenso bedeutsam gewesen sein: der erste erfolgreiche Heißzündungstest des LUMEN (Liquid Upper Stage Demonstrator Engine). Ziel des LUMEN-Projekts ist es, eine modulare und flexible Testumgebung für Triebwerkskomponenten zu schaffen. Außerdem soll es die Kompetenz des Instituts auf dem Gebiet der Raketentriebwerke erhöhen.

 

Das LUMEN-Projekt ebnet den Weg in die Zukunft

Der Test von LUMEN war der erste Test eines Triebwerks mit flüssigem Sauerstoff und verflüssigtem Erdgas in Deutschland. LUMEN ist nach Angaben des DLR auch das erste Triebwerk mit Turbopumpen, das in Deutschland entwickelt und getestet wird. „Dass der erste Hot-Fire-Test geklappt hat, ist ein großer Erfolg“, sagt LUMEN-Projektleiter Dr. Tobias Traudt und fügt hinzu, dass es in der Branche nicht ungewöhnlich ist, dass ein Triebwerk beim ersten Testlauf zerstört wird.  Das Triebwerk wird zwar in Zukunft nicht für den Antrieb eines Raumfahrzeugs eingesetzt , aber es wird als Prüfstand dienen und künftige Innovationen beschleunigen. Da die private und kommerzielle Raumfahrtindustrie wächst, dürfte die Nachfrage steigen. Ein aktueller Forschungsschwerpunkt bei LUMEN ist das maschinelle Lernen und die KI-basierte Steuerung des gesamten Triebwerks. „Wir haben bereits gezeigt, dass dies möglich ist“, sagt Tobias Traudt. Das Triebwerk wird zwar in Zukunft nicht für den Antrieb eines Raumfahrzeugs eingesetzt , aber es wird als Prüfstand dienen und künftige Innovationen beschleunigen. Da die private und kommerzielle Raumfahrtindustrie wächst, dürfte die Nachfrage steigen. 

Ein aktueller Forschungsschwerpunkt bei LUMEN ist das maschinelle Lernen und die KI-basierte Steuerung des gesamten Triebwerks. „Wir haben bereits gezeigt, dass dies möglich ist“, sagt Tobias Traudt. „Zunächst haben wir die Sauerstoffpumpen mit Steuerungen auf Basis von maschinellem Lernen getestet.“ Nachdem dieser Test erfolgreich war, wiesen die Forscher den Computer auch an, Schub, Kühlung und andere Variablen für das gesamte Triebwerk zu steuern. Dies führte zur Entwicklung von hochgradig nichtlinearen Modellen für komplexe Systeme wie Raketentriebwerke. 

In Zukunft wollen die Wissenschaftler maschinelles Lernen einsetzen, um den Zustand von Triebwerken zu überwachen. Sensoren werden Daten über den aktuellen Zustand der Komponenten liefern, so dass die intelligente Steuerung entsprechende Maßnahmen ergreifen kann. Ziel der KI-gestützten Gesundheitsüberwachung ist es, die Lebensdauer der Triebwerke deutlich zu verlängern und damit Geld und Ressourcen zu sparen. Noch wichtiger ist, dass sie bei künftigen interplanetaren Missionen eingesetzt werden könnte. „Bei langen Missionen zum Mond oder zum Mars wäre es sehr interessant, den Zustand der Triebwerke und der gesamten Systeme besser zu verstehen und im Falle eines unvorhergesehenen Ereignisses Gegenmaßnahmen ergreifen zu können.“

 

Wasserstoffkompetenz ist Teil der Gleichung

Mit ihren Arbeiten zu Antriebssystemen und Kraftstoffen sind die Lampoldshäuser Forscher zu führenden Wasserstoffexperten geworden. „Wir haben an unserem Institut eine wachsende Abteilung, die sich mit dem Transfer des in den letzten Jahrzehnten erworbenen Wissens in die Bereiche Mobilität und Industrie beschäftigt“, sagt Prof. Jan Deeken. „Das ist eine Querschnittsaufgabe, auf die wir sehr stolz sind und die wir in Zukunft weiter ausbauen werden“, fügt er hinzu. 

Der Standort ist entscheidend für die aktuelle und zukünftige Arbeit in Lampoldshausen. „Die Nähe zur Automobilindustrie ist ein unschätzbarer Vorteil“, sagt Projektleiter Tobias Traudt. „Im Umkreis von 100 Kilometern findet man hier in Baden-Württemberg alle erdenklichen Produktionsverfahren.“ Großes Potenzial sieht er in den in der Nähe angesiedelten Start-ups der Raumfahrtindustrie. „Das ist eine ganz neue Branche, die ein neues Standbein für die wirtschaftliche Zukunft Deutschlands sein könnte.“  

Es ist wohl die einzigartige Kombination aus international führenden Wissenschaftlern, jungen Forschern, technologischen Spitzeneinrichtungen und einem Netzwerk aus Forschungsinstituten und Unternehmen, Zulieferern, Partnern und Kunden, die das DLR Lampoldshausen zu einem besonderen Ort macht. Ob Weiterentwicklung von Raketentriebwerken, verbessertes Testen und maschinelles Lernen oder Wasserstofftechnologie und -infrastruktur, im DLR-Institut für Raumfahrtantriebe in Lampoldshausen werden Ideen für die Zukunft Wirklichkeit.

 

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