Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt derzeit ein Flugexperiment als Technologiedemonstrator für eine wiederverwendbare VTHL (Vertical Take Off and Horizontal Landing) Booster-Stufe, das Reusable Flight Experiment (ReFEx). Dieses Projekt hat zum Ziel, wichtige Technologien und Kernkompetenzen für eine VTHL-Booster-Stufe zu erlangen, auszubauen und final zu demonstrieren. Eine zweistufige VSB-30-Rakete transportiert ReFEx in eine Höhe von etwa 130 km. Nach der Trennung von der Trägerrakete startet ein autonomer Wiedereintritt mit einer maximalen Machzahl (Ma) von ca. 5. Der erste Teil des Wiedereintritts wird zur Geschwindigkeitsreduzierung mit hohen negativen Anstellwinkeln (α) kopfüber geflogen, um die strukturellen und aerothermischen Belastungen in akzeptablen Grenzen zu halten und Ruderstabilität zu gewährleisten. Bei Ma ≈ 1,5 wird ein 180°-Rollmanöver durchgeführt, um danach eine Ausrichtung nahe α = 10 ° (max. Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand) zu erreichen.
Die Abteilung Raumfahrzeuge des DLR-Instituts für Aerodynamik und Strömungstechnik ist in diesem Projekt zuständig für die aerodynamische Auslegung von ReFEx. Der Entwurfsprozess wurde von mehreren Randbedingungen beeinflusst, insbesondere von der ballistischen Trägerrakete VSB-30, die zu einigen Einschränkungen in den Abmaßen führt. Zur Vermeidung von Stabilitätsschwierigkeiten beim Aufstieg, wird eine Verkleidung verwendet, die die Flügel abdeckt. Diese sind zu Beginn hochgeklappt, sodass sie unter die Start-Verkleidung passen (siehe Abbildung 1).
Es wurden zahlreiche Entwurfsiterationen mit allen beteiligten Disziplinen, wie zum Beispiel der strukturellen und thermischen Auslegung, durchgeführt, die letztendlich zu der in Abb. 1 dargestellten finalen Geometrie führten. Diese gewährleistet einen stabilen Aufstieg und ermöglicht eine realisierbare Wiedereintrittsflugbahn hinsichtlich Stabilität und Steuerbarkeit. Zur Auslegung sind umfangreiche aerodynamische Datensätze erforderlich: für die Fahrzeugauslegung selbst, den Flugbereich, für die Flugbahn und die Steuerungs- und Regelungssysteme. Die Berechnungen dieser aerodynamischen Datensätze für den gesamten Flugbereich sind ein weiterer wichtiger Beitrag der Abteilung Raumfahrzeuge. Neben diesen Hauptarbeitsfeldern ist ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten des Instituts im ReFEx Projekt die Verbesserung und Erweiterung bestehender Methoden wie der Flugmechanik-Kopplung (CoNF²aS²).
Projekt
ReFEx - Reusable Flight Experiment
Laufzeit
6/2017 - 12/2023
Projektpartner
DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
DLR-Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie
DLR-Institut für Flugsystemtechnik
DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik
DLR-Institut für Raumflugbetrieb und Astronautentraining
