Ers­ter er­folg­rei­cher Test der Aria­ne-6-Ober­stu­fe am DLR Lam­polds­hau­sen

07.10.2022

Köln-Porz | Lampoldshausen: Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Lampoldshausen hat am 5. Oktober 2022 erstmals erfolgreich die Oberstufe der Ariane 6 getestet. Ein Heißlauftest ist ein höchst anspruchsvoller Versuch: Ziel ist es, auf dem Prüfstand flugähnliche Bedingungen nachzubilden. So soll das Zusammenspiel aller Komponenten für die Startvorbereitung und den Flug nachgewiesen, als auch die Belastungen simuliert werden, denen eine Raketenstufe auf dem Weg ins All standhalten muss. Die Oberstufe ist der Teil einer mehrstufigen Rakete, der am längsten unterwegs ist. Sie transportiert die Nutzlast und setzt sie an der gewünschten Position mit der korrekten Geschwindigkeit aus. Mit diesem Test ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zum Erstflug der neuen europäischen Trägerrakete Ariane 6 erreicht. Bei der Oberstufe handelt es sich um eine von Grund auf neu entwickelte Raketenstufe. Konzipiert und gebaut hat sie das Unternehmen ArianeGroup.

• Die neue Ariane-6-Oberstufe hat am 5. Oktober 2022 ihren ersten Heißlauftest am DLR-Standort Lampoldshausen erfolgreich bestanden.
• Das DLR führte den Test am ESA-Prüfstand P5.2 im Auftrag des Raumfahrtunternehmens ArianeGroup durch.
• Doppelte Premiere: Erstmals im Ariane-Programm wurde eine kryogene Oberstufe auf einem neuen und eigens dafür konzipierten Prüfstand getestet.
• Für den Antrieb der Oberstufe sorgt das Vinci-Triebwerk. Es ist wiederzündbar und liefert mit der Treibstoffkombination aus flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff den notwendigen Schub.

Foto: Heißlauf des Vinci-Triebwerks am Höhensimulationsprüfstand P4.1 - Das Herz­stück der für die Aria­ne 6 neu ent­wi­ckel­ten Ober­stu­fe ist das Vin­ci-Trieb­werk. Es wur­de vom DLR am ESA-Prüf­stand P4.1 qua­li­fi­ziert.  Foto: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Anspruchsvolle Tests für den Einsatz im Weltall

Die Stufe besteht aus zwei Haupttanks, die mit flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff gefüllt sind, dem neuen, bis zu viermal wiederzündbaren Vinci-Triebwerk sowie der APU (Auxiliary Power Unit), einer innovativen Antriebseinheit. Sie macht die Einsatzmöglichkeiten der Ariane 6 noch vielseitiger. Im Fokus bei diesem ersten Heißlauftest stand das Befüllen der Stufe mit kryogenen Treibstoffen sowie ein Test des wiederzündbaren Vinci-Triebwerks. Das Team des DLR-Instituts für Raumfahrtantriebe prüfte außerdem alle zur Oberstufe dazugehörigen Systeme wie die Flugsoftware. „Dieser erste erfolgreiche Testlauf hat uns gezeigt, dass die über Jahrzehnte in Lampoldshausen erworbenen Kompetenzen beim Test von Raumfahrtantrieben ein entscheidender Garant für den Erfolg der europäischen Ariane-Familie ist“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Anke Kaysser-Pyzalla, DLR-Vorstandsvorsitzende. „Ich bedanke mich bei dem Team, das diesen ersten Test der kompletten Ariane-6-Oberstufe zum Erfolg geführt hat.“

„Mit der Ariane 6 wird Europa über einen Träger verfügen, der für viele Jahre den Grundpfeiler der europäischen Raumfahrtaktivitäten bilden wird. Sie ist die ideale Rakete, um unsere institutionellen Missionen zu starten und damit den Zugang für alle europäischen Raumfahrtnutzenden zu garantieren – eine Fähigkeit, die im heutigen geopolitischen Umfeld unverzichtbar geworden ist“, betont Dr.-Ing. Walther Pelzer, DLR-Vorstand und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. „Daher freut es mich besonders, dass wir diesen essenziellen Meilenstein in der Entwicklung der Ariane 6 erreicht haben. Es ist ein großartiger Erfolg der Zusammenarbeit zwischen dem DLR, der ESA und der deutschen und europäischen Raumfahrtindustrie.“

„Im 21. Jahrhundert sind die Europäer für ihre Sicherheit und ihren Wohlstand zweifellos auf Daten aus dem Weltraum angewiesen. Europa muss auf eine vollständige Autonomie beim Zugang zum Weltraum und dessen Nutzung hinarbeiten. Die Ariane 6 ist der Schlüssel dazu und wir freuen uns darauf, sie vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana, starten zu sehen“, sagt Daniel Neuenschwander, ESA-Direktor für Trägersysteme.

„Der erfolgreiche Heißlauftest ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Qualifikation der Ariane 6 und zu einem erfolgreichen Erstflug. Die in Deutschland entwickelte, produzierte, montierte und getestete Oberstufe der Ariane 6 stellt das Know-how der ArianeGroup, seiner Industriepartner und des DLR unter Beweis", erklärt Pierre Godart, Geschäftsführer (CEO) der ArianeGroup GmbH. „Die Heißlauftests der Oberstufe werden parallel zu den sogenannten kombinierten Tests der Trägerrakete und des Startplatzes in Kourou durchgeführt. Mit den vereinten Kräften in Lampoldshausen, Kourou und weiteren Standorten und dank der hervorragenden Teams aller Beteiligten werden wir technische Spitzenleistungen erzielen. Auf diese Weise wird mit der Ariane 6 die Erfolgsgeschichte der europäischen Trägerrakete fortgeschrieben. Wir arbeiten unermüdlich für den erfolgreichen Erstflug und die Serienproduktion der Ariane 6 und wollen so die Erwartungen der Kunden von Arianespace wie geplant erfüllen."

Foto: Erste Oberstufe der Ariane 6 am Prüfstand beim DLR Lampoldshausen erfolgreich getestet. Da­bei tes­te­te das DLR-Team neue Kom­po­nen­ten auf ih­re Funk­ti­ons­fä­hig­keit. Die da­durch ge­won­ne­nen Er­kennt­nis­se sind ele­men­tar, um die Aria­ne 6 start­klar für den Welt­raum zu ma­chen.  Foto: DLR © ESA, Stephane Corvaja

Heißlauftests: Königsdisziplin am Prüfstand

Insgesamt sind mit der Oberstufe beim DLR Lampoldshausen bis zu drei Heißlauftests geplant. In der Regel nehmen sie – nach mehreren Wochen intensiver Vorbereitung – jeweils rund 17 Stunden in Anspruch. Es werden alle Aspekte simuliert, einschließlich der Vor- und Nachbereitung der Stufe. Dazu zählt das Betanken mit flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff sowie das Entleeren der Tanks nach Ende des Tests. Das Team des Prüfstands sammelt während der Versuche eine große Menge an wichtigen Daten: zum Beispiel über die ballistischen Phasen, in denen die Oberstufe ohne Schub fliegt, die sogenannte Coast Phase, über den Druckaufbau in den Tanks vor der Triebwerkszündung, über das Wiederzünden des Triebwerks und über die Funktion der Düsen, die der Lageregelung dienen.

„Heißlauftests sind die Königsdisziplin am Prüfstand. Sie stellen höchste Anforderungen an die Technik und sind deshalb eine besondere Herausforderung für Team und Infrastruktur“, beschreibt Prof. Stefan Schlechtriem, Direktor des DLR-Instituts für Raumfahrtantriebe. „Außerdem testen wir zum ersten Mal in der langen Geschichte des Ariane-Programms in Europa eine kryogene Oberstufe an einem neu entwickelten Prüfstand – also eine doppelte Premiere“, ergänzt Schlechtriem. Die Erkenntnisse aus diesen Tests sind elementar, um die Ariane 6 zu finalisieren und startklar für den Weltraum zu machen. Entsprechend gründlich hat das Team um Anja Frank, Leiterin für die Versuchsanlagen im Institut für Raumfahrtantriebe, die Tests vorbereitet. In den letzten Monaten war höchste Konzentration gefordert, um sämtliche Vorbereitungen an der sieben Tonnen schweren Oberstufe mit einem Durchmesser von 5,4 Metern und einer Höhe von 11,6 Metern zu absolvieren. Genauso galt es, komplexe Softwareprogramme zu entwickeln und zu schreiben, um alle Abläufe während der Tests genaustens steuern und überwachen zu können.

Nicht nur technologisch läutet der erste Heißlauftest der Raketenoberstufe – die deshalb auch als "Hot Firing Model" (HFM) bezeichnet wird – eine wichtige Phase der gesamten Ariane-6-Trägerentwicklung ein: „Für alle Beteiligten ist das auch ein sehr emotionaler und spannender Moment, wenn die neu entwickelte Oberstufe erstmals auf dem Prüfstand gezündet wird“, betont Schlechtriem.

Im Zentrum der Aufmerksamkeit: wiederzündbares Vinci-Triebwerk mit kryogenen Treibstoffen

Die Oberstufe der Ariane 6 ist mit einem wiederzündbaren Triebwerk namens Vinci ausgestattet. Es lässt sich bis zu viermal wiederzünden und kann von wenigen Sekunden bis zu mehr als 14 Minuten brennen. Damit ist die Ariane 6 sehr flexibel, kann ein breites Spektrum an Einsätzen abdecken und mit jeweils unterschiedlicher Missionsdauer mehrere Zielorbits ansteuern. Sie eignet sich besonders für den Transport von Satellitenkonstellationen, bei denen die einzelnen Satelliten in unterschiedlichen Umlaufbahnen ausgesetzt werden. Das Vinci-Triebwerk liefert mit der Treibstoffkombination aus kryogenem, also tiefkaltem flüssigem Sauerstoff und Wasserstoff den notwendigen Schub, um die Nutzlasten genau an der gewünschten Position und mit der korrekten Geschwindigkeit im jeweiligen Orbit zu platzieren.

Foto: Ariane-6-Trägerrakete - Eu­ro­pa setzt bei der Aria­ne 6 auf fle­xi­ble und wett­be­werbs­fä­hi­ge Struk­tu­ren und an­spruchs­vol­le Missio­nen. Zu den Zie­len ge­hö­ren mehr Fle­xi­bi­li­tät für Missio­nen mit Nutz­las­ten von 4,5 bis zu 12 Ton­nen in den Geo­sta­tio­nären Trans­fer­or­bit (GTO) und ei­ne Kos­ten­sen­kung von 40 bis 50 Pro­zent ge­gen­über der Aria­ne 5.  Foto: DLR © ESA,D. Ducros

Die Tests mit der kompletten Oberstufe finden auf dem speziell für diesen Zweck entwickelten ESA-Prüfstand P5.2 statt – einer in Europa einmaligen Infrastruktur. Die hochkomplexe und extrem leistungsfähige Anlage wurde im Rahmen der Entwicklung der zukünftigen europäischen Trägerrakete Ariane 6 im Direktauftrag der Europäischen Weltraumorganisation ESA entwickelt und gebaut. Sowohl der Prüfstand als auch wesentliche Teile der getesteten Stufe werden aus den deutschen ESA-Beiträgen zum Ariane-6-Entwicklungsprogramm finanziert. Für die Bereitstellung und Koordination dieser Mittel ist die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR im Auftrag der Bundesregierung verantwortlich.

Die Oberstufe ist Teil des Ariane-6-Programms der ESA, dessen deutsche Beteiligung durch die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR in Bonn gesteuert wird. ArianeGroup als Hauptauftragnehmer ist verantwortlich für Entwicklung und Bau der gesamten Trägerrakete. Diese erfolgen in Zusammenarbeit mit Industriepartnern. Die Vermarktung des Trägersystems übernimmt das Tochterunternehmen Arianespace. Die französische Raumfahrtagentur CNES ist verantwortlich für den Bau des Startplatzes in Kourou sowie für die dort stattfindenden Tests.