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Video: HIP_11 Heißlauf mit einer Versuchsbrennkammer
Bei HIP_11 handelt es sich um einen Treibstoff mit Wasserstoffperoxid und einem Salz. HIP_11 hat selbstzündende Eigenschaften. Der Treibstoff wurde auf dem Prüfstand M11 beim DLR-Institut für Raumfahrtantriebe in Lampoldshausen getestet.
Um herkömmliche lagerbare Treibstoffe, wie beispielsweise Hydrazin-basierte Treibstoffe, zu ersetzen, bedarf es alternative und fortschrittliche Treibstoffe, welche neben den notwendigen Leistungseigenschaften auch Aspekte wie Lagerbarkeit oder Gesundheitsrisiken verbessern. Dabei stellt Wasserstoffperoxid in hochkonzentrierter Form eine vielversprechende Alternative dar. In der Abteilung Satelliten- und Orbitalantriebe werden Triebwerke basierend auf Wasserstoffperoxid entwickelt und getestet. Dabei wird Wasserstoffperoxid als einzelne Treibstoffkomponente in einem Monopropellant-Triebwerk oder als Oxidator in einem Bipropellant-Triebwerk untersucht. Bei einer Vielzahl an möglichen Treibstoffkombinationen mit Wasserstoffperoxid als Oxidator kommen vor allem Brennstoffe zum Einsatz, die ebenfalls herkömmliche Brennstoffe ersetzten können. Unter anderem die Forschung an hypergolen Treibstoffkombinationen, die auf Wasserstoffperoxid als Oxidator und ionischen Flüssigkeiten als Brennstoff basieren, werden erforscht. In den diversen Monopropellant- und Bipropellant-Triebwerken wird die Umsetzung von Wasserstoffperoxid-basierten Treibstoffen unter atmosphärischen sowie auch unter Vakuumbedingungen demonstriert sowie die Triebwerks- und Brennkammervorgänge untersucht, um die Grenzen der Einsatzbedingungen aufzuweiten.
Große Herausforderung bei der Umsetzung neuer Treibstoffe in fortschrittlichen Triebwerken ist die Entwicklung der Triebwerkskomponenten. Das Design herkömmlicher Triebwerke und Komponenten kann die neuen Eigenschaften und Parameter nicht abdecken. Deshalb wird in der Abteilung Satelliten- und Orbitalantriebe an Triebwerk-Subsystemen wie der Treibstoffzuführung, der Injektion, der Kühlung sowie der Brennkammer unter Zuhilfenahme fortschrittlicher Werkstoffe und Fertigungsmethoden geforscht. Speziell die aktive Kühlung mit Wasserstoffperoxid als Kühlmedium in unterschiedlichen Kühlkonzepten, wie der Film- und Regenerativkühlung, steht im Fokus. Die Ziele der Forschung an Wasserstoffperoxid umfassen ein tiefes Verständnis der Vorgänge im Triebwerk und die Entwicklung von neuen Triebwerkskomponenten, um eine vielfältige Anwendung von Wasserstoffperoxid in Raumfahrtantrieben zu ermöglichen.
Die Injektion von Treibstoffen in die Brennkammer ist ein wesentlicher Vorgang der Prozesse in einer Brennkammer. Die Treibstoffaufbereitung beeinflusst maßgeblich die Vorgänge in der Brennkammer, weshalb ein tiefes Verständnis der Injektoren und draus resultierenden Sprays notwendig ist. Dazu werden in der Abteilung Satelliten- und Orbitalantriebe diverse Injektortypen entwickelt und untersucht. An einem Prüfstand für Cold Flow Untersuchungen wird der Einfluss von Injektorgeometrie, Einspritzbedingungen und rheologischen Eigenschaften auf das Strömungs- und Versprühungsverhalten detailliert erforscht. Mit Hilfe optischer Messtechnik werden unterschiedliche Versprühphänomene detektiert und anschließend interpretiert. Neben den Grundlagenuntersuchungen mit nicht-reagierenden Medien bei atmosphärischen Bedingungen werden auch Untersuchungen in anpassbaren Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise erhöhtem Umgebungsdruck oder Vakuum, durchgeführt. Die Ziele der Forschungen an der Injektion umfassen die Entwicklung neuer und treibstoffoptimierter Injektoren, ein tieferes Verständnis der Einspritzphänomene sowie die Übertragung von Cold Flow Messungen auf das Heißgastriebwerk.
