CALLISTO – Cooperative Action Leading to Launcher Innovation in Stage Toss back Operations
Raumfahrt
CALLISTO – Cooperative Action Leading to Launcher Innovation in Stage Toss back Operations
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Entwicklung und Betrieb eines Technologie-Demonstrators für eine wiederverwendbare Raketen-Erststufe (VTVL)
Erwerb von Flugdaten und wissenschaftlichen Erkenntnissen für die Entwicklung und Demonstration relevanter Technologien für die Wiederverwendbarkeit zukünftiger Raumtransportsysteme
CALLISTO ist ein gemeinschaftliches Projekt von DLR, CNES und JAXA, mit dem Ziel einen wiederverwendbaren Technologie-Demonstrator für eine vertikal startende und vertikal landende Raketenstufe (VTVL) zu entwickeln und im Rahmen einer Flugkampagne intensiv zu testen. Die Wiederverwendbarkeit von Trägersystemen kann zur Reduzierung der Startkosten sowie zur Erhöhung ihrer Vielseitigkeit beitragen. Das Projekt zielt darauf ab, die Kenntnisse über VTVL-Raketenstufen zu verbessern sowie die Fähigkeiten und Technologien zu demonstrieren, die notwendig sind, um eine wiederverwendbare VTVL-Raketenerststufe zu entwickeln, zu betreiben und zu vermarkten.
Die Ergebnisse der umfangreichen Test- und Flugkampagnen sollen genutzt werden, um das Design zukünftiger wiederverwendbarer Raumtransportsysteme zu optimieren.
CALLISTO
Aufgabenaufteilung zwischen den drei Projektpartnern
Deutschlandweit sind an dem Projekt insgesamt neun Institute des DLR beteiligt. Das Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie in Stuttgart ist im Rahmen von CALLISTO für die Entwicklung verschiedener Sub-Komponenten der Rakete verantwortlich. Der Fokus der Projektarbeiten in der Abteilung Raumfahrt Systemintegration liegt hierbei auf dem Struktur- und Thermaldesign der mechanisch und thermisch hochbeanspruchten Strukturen.
Die Verantwortlichkeiten in Stuttgart umfassen die Entwicklung der Fairing sowie strukturseitig die Entwicklung der aerodynamischen Steuerflächen (FCS/A) und der Landebeine (ALS) inkl. des Thermalschutzes der Strukturen. Die Arbeit erfolgt dabei in enger Zusammenarbeit mit den anderen beteiligten Instituten und beinhaltet das Design, die Auslegung, die mechanische und thermische Analyse der Bauteile, Testaktivitäten auf Komponenten- und Baugruppen-Level sowie schlussendlich die (Teil-)Integration der Test-, Qualifikations- und Flughardware.
Fairing
Das Design der Fairing basiert auf einer CFK-Sandwich-Bauweise, die an den Verbindungsstellen mit Bauteilen aus Aluminum-Legierungen ver-vollständigt wird. Hauptaufgabe der Fairing ist die Reduktion des aerodynamischen Widerstands während des Aufstiegs.
Zusätzlich beinhaltet die Fairing-Spitze eine GNSS-Antenne. Hierfür muss die Struktur für elektro-magnetische Strahlung durchlässig gestaltet sein. Dies wird durch die Verwendung von Hochleistungskunststoffen gewährleistet.
Darüber hinaus ist die Fairing mit einem Kork-Thermalschutzsystem ausgestattet, um auch den thermischen Lasten standzuhalten.
CALLISTO QM Fairing (CAD-Bild)
CAD-Bild des Qualifikations-Modells der CALLISTO Fairing
Die aerodanymischen Steuerflächen von CALLISTO sind während des Starts des Demonstrators eingeklappt und werden zu einem definierten Zeitpunkt während des Flugs entfaltet.
Dem Design liegt eine komplexe Systemarchitektur zugrunde, um das sichere Entfalten während des Fluges sicherzustellen.
Da die Finnen neben der hohen mechanischen Last auch thermal stark beansprucht werden, kommen für die Strukturen Leichtbau-Aluminium-Legierungen zum Einsatz.
Anflug- und Landesystem (ALS)
Auch die Landebeine sind während des Starts eingeklappt und werden kurz vor der Landung entfaltet. Das Design basiert auf einer CFK-Bauweise, die an den Schnittstellen mit Komponenten aus Titan-Legierungen ergänzt werden.
Um ein sicheres Entfalten zu gewährleisten, sind darüber hinaus spezifische Beschichtungen auf unterschiedlichen Komponenten des ALS appliziert.
Thermal werden die Landebeine v. a. während der finalen Anflugphase und der Landung beansprucht und sind hierfür mit einem Kork-TPS ausgestattet. Ergänzend wird darüber hinhaus für die ersten Testflüge ein oxidkeramisches TPS entwickelt.
CALLISTO QM-Landebein (CAD-Bild)
CAD-Bild des CALLISTO Landebein Qualifikations-Modell
