Ariane 6 - NEWS

Die Europäische Raumfahrtagentur entwickelt mit der Ariane 6 eine neue Raketengeneration und die MPA wird auch einen Teil dazu beitragen.
Der entscheidende Verifikationstest des Feststoffboosters- erstmals basierend auf der Faserverbundtechnologie - wird in unserem 32 m tiefen Prüfschacht in der Komponentenprüfhalle 2 durchgeführt.


In enger Zusammenarbeit mit MT Aerospace AG.
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Weitere Infos


ARIANE-CFK-Booster besteht Druckprobe

Mit einem lauten Knall löst sich die Anspannung – im Booster der neuen Ariane, wie beim Versuchspersonal. Der Berst-Versuch bildet den fulminanten Abschluss einer mehrtätigen Funktionserprobung des aus Kohlefasern gewickelten Technologiedemonstrators für die neue Ariane.

In den Tagen zuvor wurde der Booster mit unterschiedlichen Druckniveaus belastet. Erfolgreich bestand er alle Funktions- und Sicherheitsanforderungen. Nun wurde er bewusst mit großem Überdruck zum Bersten gebracht. Ein Ereignis, das mit großer Spannung von allen beteiligten Ingenieuren und Technikern der MPA Stuttgart und von MT Aerospace AG verfolgt wird, denn einen solch spektakulären Versuch erlebt man nicht alle Tage. Hierbei geht es natürlich um mehr als Freude am Experimentieren: Der Knall – oder genauer gesagt: der Innendruck bei dem der Booster birst – löst nämlich auch die Frage, wie groß die Sicherheitsreserven gegenüber den Anforderungen wirklich sind.

Der Booster hat nun alle Anforderungen und gesteckten Ziele mit Bravur bestanden. Für die MPA Stuttgart ist dieses Ergebnis auch in einer anderen Hinsicht erfreulich. Hierzu Prof. Weihe, Direktor der MPA Stuttgart: „Mit diesem Versuch konnten wir erneut unsere Fähigkeit als Prüfinstitut für komplexe Prüfaufgaben mit hohen Anforderungen in Bezug auf Prüftechnik und Sicherheit unter Beweis stellen. Ich bin stolz auf die Leistung unserer Ingenieure und Techniker, die sie in den vergangenen Wochen der Vorarbeiten und insbesondere bei der Versuchsdurchführung erbracht haben.“

Mit vielen Messdaten im Gepäck kehren die Mitarbeiter von MT Aerospace AG nun nach Augsburg zurück. Die gewonnenen Daten können für weitere Optimierungen genutzt werden. Neben der angewandten Forschung können auch die Studierenden der Universität Stuttgart von diesem Vorhaben profitieren, denn diese Erfahrungen werden auch in die Lehrveranstaltungen des Instituts Eingang finden und junge Ingenieure für Ihren späteren Beruf begeistern.


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Blick in den Prüfschacht nach dem Versuch
Quelle: MPA Stuttgart



Abhebesicherung

Als oberen Abschluss für das Testgerüst wurden gestern 3 Stahlträger angebracht. Diese sind Schneiden versehen. Falls der Demonstrator sich beim Berstversuch von der Befestigungseinheit (gelbe Stahlschürze) löst und nach oben schießt, sorgen die Schneiden dafür, dass der Demonstrator in kleinere Bestandteile zerteilt wird und damit keinen großen Schaden anrichten kann.

abhebesicherung in Prüfschacht gehoben Abhebesicherung fertig installiert
Der letzte Teil der Abhebesicherung wird in den
Prüfschacht gehoben
Quelle: MPA Stuttgart
Fertig installierte Abhebesicherung
Quelle: MPA Stuttgart

Befüllung des Demonstrators

Eineinhalb Tage hat es gedauert bis der Demonstrator vollständig mit Wasser befüllt ist. Die Einleitung musste zu Beginn sehr vorsichtig erfolgen um die zuvor installierte Dichtblase nicht zu beschädigen und ein sauberes Entfalten zu gewährleisten. Das einlaufende Wasser hat zu diesem Zeitpunkt eine Fallhöhe von 6 Metern. Bei den letzten Litern war auch noch einmal Konzentration gefordert. Zum einen soll sich möglichst wenig Luft im Demonstrator befinden zum anderen darf das Wasser nicht überlaufen, da dies die bereits applizierte Messtechnik nicht verträgt.

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Befüllung der Dichtblase im Demonstrator
Quelle: MPA Stuttgart
 

 Faszination Raumfahrt

Der Demonstrator macht natürlich auch neugierig. Die Schüler-Ingenieur-Akademie des Eschbachgymnasiums war bei uns zu Besuch. Professor Ewald vom Institut für Raumfahrtsysteme war auch bei uns zu Gast. Als ehemaliger Astronaut im Weltall berichtete er aus erster Hand vom Leben in der Schwerelosigkeit. 1997 war er an Bord der Raumstation MIR. Viele spannende Eindrücke konnte er vermitteln und ließ die Schülerinnen und Schüler an seiner Begeisterung für die Raumfahrt teilhaben. Nach seinem fesselnden Vortrag ging es dann in den Prüfschacht zum Demonstator. Die Schülergruppe hatte das besondere Privileg sogar bis auf Höhe des Messgerüsts in den Schacht zu dürfen und damit dem Demonstrator direkt gegenüber zu stehen.

Montage der am Umfang befindlichen Laschen zur Kraftübertragung zwischen Demonstrator und Befestigungseinheit

Professor Ewald lässt die Schülerinnen und Schüler an der Faszination Raumfahrt teilhaben
Quelle: MPA Stuttgart


Arbeiten KW 26

Nachdem der Demonstrator auf der Befestigungseinheit (Stahlschürze und Antriebseinheit) aufgesetzt wurde, ist der erste Schritt die vollständige Verankerung. Über Laschen (vertikale Stahlklammern, siehe Bild) am gesamten Umfang, die mit Bolzen befestigt sind, wird die kraftschlüssige Verbindung hergestellt. Die Öffnung des Demonstrators an der Unterseite (später für die Antriebseinheit) wird mit der Laststruktur verschlossen. Die Spalte, die sich hier zwangsläufig ergeben, wurden von innen verklebt, damit die später eingebaute Dichtblase während den Belastungszyklen nicht beschädigt wrid. Dazu wurden 2 Personen mit Hilfe einer Seilwinde in das Innere des Boosters abgelassen.

Montage der am Umfang befindlichen Laschen zur Kraftübertragung zwischen Demonstrator und Befestigungseinheit

Montage der am Umfang befindlichen Laschen zur Kraftübertragung zwischen Demonstrator und Befestigungseinheit Quelle: MPA Stuttgart

Parallel dazu wurde in der vergangenen Woche mit der Installation der Messtechnik begonnen. Der Demonstrator war bereits bei der Anlieferung mit Dehnmessstreifen (DMS) versehen. Ein DMS besteht aus einer dünnen Folie auf der mäanderförmig ein sehr dünner Draht aufgebracht ist. Die Folie wird auf das Bauteil geklebt und der Draht an eine Stromversorgung angeschlossen. Wird das Bauteil gedehnt, überträgt sich dies durch die Folie auf den Draht. Dadurch lässt sich eine Widerstandsänderung im Stromkreis messen und somit die Bauteildehnung ermitteln. 44 DMS waren auf dem Demonstrator appliziert. Diese wurden verkabelt und die Verbindung überprüft. Außerdem wurde diese Woche mit der Instrumentierung der Wegaufnehmer begonnen. Die Wegaufnehmer haben einen kleinen beweglichen Taststift. Die Bewegung dieses Taststifts kann sehr präzise gemessen werden und gibt Auskunft über den Weg, den das am Stift anliegende Bauteil zurückgelegt hat. Die Wegaufnehmer müssen alle so eingestellt werden, dass sie zu Beginn der Messung nicht nur anliegen sondern vorgespannt sind. Sonst sind sie, wenn sich das Bauteil vom Wegaufnehmer weg bewegt, bereits komplett ausgefahren und können keine Messergebnisse liefern. Insgesamt werden 48 Wegaufnehmer installiert.

Wegaufnehmer am Demonstrator Dehnmeßstreifen an der Oberfläche
Wegaufnehmer am Demonstrator
Quelle: MPA Stuttgart
Dehnmeßstreifen an der Oberfläche
Quelle: MPA Stuttgart

 

Anschließend wurde eine dünne Dichtblase aus Kautschuk im Inneren des Demonstrators angebracht. Diese wird später mit Wasser gefüllt. Sie dient dazu, das Austreten von Wasser an Bauteilschnittstellen zu verhindern. Sie hat dabei einen zu vernachlässigenden Einfluss auf den Verifikationstest, da sie nur einen Druck von ca. 1 bar stand hält und damit beim Bersttest mit zerplatzt. Im späteren Raketenbooster wird es keine Wasserblase geben. Wasser eignet sich sehr gut für die Prüfung, ist aber für die Praxis nicht relevant, da der Booster mit Festtreibstoff gefüllt wird.

Einbau der Dichtblase

Einbau der Dichtblase
Quelle: MPA Stuttgart


Anlieferung

Der Technologie-Demonstrator der MT Aerospace AG wurde am 20.06.2017 an die MPA geliefert:

Booster über Schacht Im Prüfschacht

Der noch verpackte Booster:

 ariane booster bei anlieferung


Der Prüfkörper

Bei dem Prüfkörper handelt sich um den Technologie-Demonstrator eines Feststoffboosters. Diese Booster befinden sich seitlich an der Rakete und liefern zusätzlichen Schub.
Der Technologie-Demonstrator wurde bei der Firma MT Aerospace AG in Augsburg gefertigt und basiert erstmals auf der Faserverbundtechnologie. Er hat einen Durchmesser von 3,5 Metern und eine Höhe von 6 Metern. Bei dem Testkörper handelt es sich um eine in der Länge verkürzte Version des später in der Rakete zum Einsatz kommenden Boosters. Über Aluminiumringe ist die Laststruktur (Schürze) des Boosters mit dem tonnenschweren Testgerüst verbunden. Über ein Gegenlager im Düsenbereich wird die Einleitung der Schubkraft in die Struktur im Test simuliert.
Der Feststoffbooster im Original wird mit festem Brennstoff gefüllt und hat beim Raketenstart die Aufgabe, Schub für die ersten 130 Sekunden bereitzustellen. Nachdem der Feststoff abgebrannt ist, werden die Booster abgestoßen und der restliche Schub wird über flüssige Treibstoffe mit Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt.

Booster Prototyp der Ariane 6 bei MT Aerospace AG
Technologie-Demonstrator, Booster der Ariane 6 bei MT Aerospace AG
Quelle: MT Aerospace AG

 


Verifikationstest Ariane 6

Anhand des Verifikationstests des Prüfkörpers soll nachgewiesen werden, dass der neuartige Booster den Anforderungen für den Einsatz bei einem Raketenstart standhält. Der Verifikationstest gliedert sich in 2 Teilbereiche. Nachdem der Behälter mit Wasser gefüllt und mit unzähligen Sensoren bestückt wurde, werden im ersten Teil zwei verschiedene Druckniveaus erzeugt und die Messwerte dazu aufgezeichnet. Im zweiten Teil wird sukzessive der Wasserdruck bis zum Versagen des Probekörpers erhöht.

Dem eigentlichen Verifikationstest gehen viele Vorbereitungen voraus. Um eine Aussage über das Material- und Bauteilverhalten treffen zu können, wird der Demonstrator mit zahlreicher Messtechnik versehen. (Näheres später).

Schema Bersttest

Prüfstand Ariane 6

Schema zum Ablauf des Qualifikationstests
Quelle: MPA Stuttgart
Prüfstand innerhalb des Prüfschachts:
Booster – schwarz/weiß
Befestigungsschürze mit Ausstoßeinheit
der Rakete – gelb
Messgerüst – blau
Quelle: MT Aerospace AG

Ariane 6 allgemein

Konfigurationen Ariane 5 und 6

 

 

Nachdem mit der Ariane 5 seit 30 Jahren erfolgreich Satelliten ins All gebracht werden, ist es nun an der Zeit, eine neue, verbesserte Rakete zu entwickeln, um auf dem weltweit umkämpften Markt weiterhin konkurrenzfähig zu bleiben.

Die neue Raketengeneration Ariane 6 soll ab 2020 eingesetzt werden und wird ein besseres Verhältnis von Kosten zu Nutzlast aufweisen.

Dadurch sollen die Kosten pro Kilogramm Nutzlast im Vergleich zur Ariane 5 halbiert werden.

Geplant sind zwei Konfigurationen:
Ariane 62 mit 2 Feststoffboostern
und
Ariane 64 mit 4 Feststoffboostern.

Dementsprechend ergibt sich eine Nutzlast
von 5 bzw. 10,5 Tonnen und ein Gesamtgewicht
von 500 bzw. 800 Tonnen.

Video: Ariane 6 Animation (gekürzt)

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Quelle: ESA/David Ducros

Gegenüberstellung der zwei Raketenkonfigurationen
der neuen Ariane 6-Generation
(links Ariane 62, rechts Ariane 64)
Quelle: ESA/David Ducros


Bersttest Ariane 5 (1994)

Bekannt für ihre fachliche Kompetenz bei Druckbehältern, war die MPA auch vor 23 Jahren Schauplatz des Booster-Verifikationstests für die Ariane 5. Der 12 Meter hohe Booster wurde aus sieben Segmenten im Prüfschacht Stück für Stück zusammengesetzt. Die fließgepressten Komponenten hatten eine Wanddicke von 8,2 mm. Für den Drucktest wurde auch damals der Booster sukzessive mit Wassers gefüllt. Der Berstdruck lag gegenüber dem Betriebsdruck um Faktor 1,44 höher. Beim Bersten und dem schlagartigen Ausströmen des Wassers mit dem der Druck aufgebracht wurde, wurde der Prototyp inklusive Messgerüst – in Summe fast 400 Tonnen schwer - um 40 cm zur Seite versetzt und der Inhalt von ca. 375 Badewannen ergoss sich in den Prüfschacht.
Hier können Sie sich ein Video über den damaligen Prüfaufbau und den Bersttest an sich anschauen.

Video MPA Bersttest 1994

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Quelle: MPA Stuttgart


 

Berichterstattung Dritter und externe Links:

Stuttgarter Zeitung Artikel vom 20.07.17: externer Link Knalleffekt in Stuttgart-Vaihingen

MT Aerospace, Pressemitteilung vom 19.07.17: externer Link Neuartige Booster für ARIANE 6 erfolgreich getestet

Bayerische Staatsregierung, Pressemitteilung vom 19.07.17: externer Link Erfolgreicher Test neuartiger Booster für ARIANE 6

SWR Fernsehen Filmbeitrag SWR Aktuell vom 20.06.17: externer Link Ein Antrieb auf dem Prüfstand

SWR Fernsehen Bericht vom 20.06.17: externer Link Von Stuttgart ins Weltall

Esslinger Zeitung Artikel vom 22.06.17: externer Link Härteprüfung für die Reise ins All

Pressemitteilung der Universität Stuttgart vom 20.06.17: Rakete unter Druck

Pressemitteilung der Universität Stuttgart vom 20.07.17: Knalleffekt in Stuttgart Vaihingen

Facebook-Seite der Materialprüfungsanstalt: externer Link ARIANE-Projekt