Das Reusability Flight Experiment(ReFEx) ist ein vom DLR entwickelter Technologiedemonstrator zur Erforschung und Entwicklung von Schlüsseltechnologien für aerodynamisch gesteuerte Erststufen wiederverwendbarer Raumtransportsysteme.
Der ReFEx-Technologiedemonstrator hat eine Länge von 2,7 m, eine Spannweite von ungefähr 1,1 m und eine Masse von etwa 375 kg. Er besitzt kein eigenes Triebwerk, sondern wird mittels einer VSB-30 Höhenforschungsrakete auf eine Apogäumshöhe von ca. 130 km gebracht, wobei ein Zustand ähnlich der ersten Stufentrennung bei konventionellen Raumtransportsystemen erreicht wird. Im Anschluss wird ein Rückflug auf einer Flugbahn angestrebt, welche mit einer rückkehrenden geflügelten Erststufe vergleichbar ist.
Diese Flugbahn lässt sich dabei in zwei Phasen unterteilen – eine exoatmosphärische Flugphase direkt im Anschluss an die Separation von der Höhenforschungsrakete und eine atmosphärische Flugphase. Außerhalb der Atmosphäre wird ReFEx von Kaltgastriebwerken (RCS) gesteuert, wobei mehrere Manöver durchgeführt werden, um die Sensorik und das Navigationssystem zu kalibrieren und das Vehikel in die Ausgangslage für den Eintritt in die Atmosphäre zu bringen. Während des Flugs in der Atmosphäre wird die Steuerung durch aerodynamische Stellflächen in Form zweier Canards und eines Ruders ermöglicht. Hierbei treten besonders herausfordernde flugmechanische Bedingungen auf. Dazu zählt ein großer Geschwindigkeits- und Anstellwinkelbereich, der vom Hyperschall bis in den Unterschall reicht, und Bereiche, in denen Steuerumkehr auftritt.
Die in diesem Träger demonstrierten Schlüsseltechnologien sind u.a. das aerodynamische Design sowie das Guidance, Navigation and Control System (GNC) des Vehikels. Das Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik (SR) ist für die Entwicklung und Validierung eines robusten Flugreglers verantwortlich, damit ReFEx seiner vorgegebenen Trajektorie folgt und im Flug auftretende externe Störungen kompensiert. Dazu wird für jede Flugphase ein separater Regler entwickelt. Die Kaltgastriebwerke werden mithilfe einer partiellen Feedback-Linearisierung und einer Pulsweiten-Pulsfrequenz Modulation geregelt. Der Regler in der atmosphärischen Phase basiert dagegen auf einer kaskadierten Regelung und der Methode der inkrementellen nichtlinearen Dynamikinversion (INDI).
