ReFEx – Reusability Flight Experiment

Trägerraketen sind komplexe und kostenintensive Systeme, deren Kosten nicht auf viele Missionen verteilt werden können, wenn es sich um Einwegraketen handelt. Daher wird weltweit nach Lösungen gesucht, um die Kosten von Trägersystemen für zukünftige Missionen zu senken. Verschiedene Konzepte und technische Produkte sind in der Vergangenheit entwickelt worden oder befinden sich aktuell in der Entwicklung.

Derzeit arbeitet das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) seit Anfang 2017 an der Realisierung des Vertical Take-off Horizontal Landing (VTHL) Reusability Flight Experiment (ReFEx). Die Flugdurchführung von ReFEx ist für Mitte 2025 geplant.

Darüber hinaus führt das DLR Systemstudien für wiederverwendbare Trägerraketen (Reusable Launch Vehicles, RLV) mit vertikalen Start/Landestufen (VTVL) und VTHL-Stufen in Originalgröße durch, um die Auswirkungen der Wiederverwendbarkeit auf den Betrieb, die Leistung, die Kosten und die Logistik der Trägerraketen zu ermitteln. Damit ist das DLR in der einzigartigen Lage, für zukünftige europäische Trägerraketen Zugang zu den Flugdaten beider Fahrzeugtypen zu haben. (Das DLR erforscht das VTVL-Konzept im Rahmen des CALLISTO-Projekts zusammen mit der französischen CNES und der japanischen JAXA. Die CALLISTO Flugdurchführung ist für 2027 geplant).

Die Hauptziele des ReFEx-Projekts sind:

• Durchführung eines kontrollierten Fluges nach einer für eine geflügelte RLV-Erststufe repräsentativen Wiedereintrittsflugbahn im Geschwindigkeitsbereich von Hyper- bis Unterschall
• Durchführung eines kontrollierten Kurswechsels (für die Rückkehr zum Startplatz)
• Test des autonomen Systems für Lenkung, Navigation und Kontrolle (GNC)
• Durchführung der In-Flight-Datenerfassung mit fortschrittlichen Sensoren
• Bergung des Re-Entry Segments für die Post Flight Analysis (PFA)

Um diese Ziele zu erreichen, muss das Flugexperiment mit geeigneten Ausgangsbedingungen ausgestattet werden. Basierend auf einer zweistufigen, brasilianischen DCTA VSB-30 Höhenforschungsrakete liefert die Start-Konfiguration ein Apogäum von ca. 130 km, inkl. einer Wiedereintrittsgeschwindigkeit von mehr als Mach 5.

Die ReFEx-Startkonfiguration, die Sektionsansicht und das Interieur des Wiedereintritts-Segments (genannt ReFEx) sind nachfolgend in den jeweiligen Abbildungen zu finden. Dabei sind die integrierten Einheiten in die folgenden Subsysteme unterteilt:

• Lenkung, Navigation und Kontrolle (GNC)
• Avionik (AVS)
• Struktur (STR)
• Fluginstrumentierung (FIN)

Systemüberblick

Abbildung 1 zeigt die Nutzlast auf einer DCTA VSB-30 Höhenforschungsrakete sowie das für den Flug vorgesehene Wiedereintritts-Segment (s. Abb. 2). Da die VSB-30 lediglich über ein passives Stabilisierungssystem verfügt, muss die Aufstiegskonfiguration eine nahezu rotationssymmetrische Form besitzen. Zusätzlich – im Falle des Flugkörpers – muss dieser wiederum über eine aerodynamische Form für die experimentelle Abstiegsphase verfügen. Um hier beiden Anforderungen gerecht zu werden, sind die Flügel des Flugexperimentes vorerst an die Struktur geklappt und werden für den atmosphärische Aufstieg von einer dreigeteilten Verkleidung verdeckt.

Das Design des Wiedereintritts-Segments sieht derzeit eine Länge von 2,7 m, eine Flügelspannweite von 1,1 m und eine Gesamtmasse von etwa 400 kg vor.