Studierende der ETH Zürich zünden einen 3D-gedruckten Raketenantrieb aus Kupfer an
Das Pegasus-Projekt erzeugt stabile Detonationswellen in einem zweiphasigen RDRE, der mittels additiver Metallfertigung hergestellt wurde
Studierende der Schweizer Studenteninitiative „Aris“ an der ETH Zürich haben bei Bodentests eines Rotating Detonation Rocket Engine (RDRE) stabile Detonationswellen erzeugt, dessen Brennkammer und Einspritzdüse mittels Metall-3D-Druck gefertigt wurden. Der Zündversuch, der vom 20-köpfigen „Pegasus“-Team auf dem Flugplatz Dübendorf durchgeführt wurde, erzeugte beim zweiten Zündversuch drei bestätigte Detonationswellen.
Die sechseckige Brennkammer, etwa so groß wie ein Essteller, wurde aus Kupfer gedruckt, ebenso wie mehrere Prototypen der Einspritzdüsen. Laut Pegasus ist das Team durch den erfolgreichen Zündversuch von „Aris“ das erste Studententeam weltweit, dem es gelungen ist, einen flüssigkeitsbetriebenen RDRE-Motor zu zünden, wobei solche Motoren bislang nur in etwa einem Dutzend Ländern getestet wurden.
Dank Metall-AM war eine schnelle Iteration am Einspritzventil möglich
Der Injektor wurde von Mattia Röösli, einem Maschinenbaustudenten im dritten Studienjahr, im Rahmen des „Focus Project“-Lehrplans der ETH Zürich entwickelt. Dank des 3D-Metalldrucks konnte das Team schnell von Skizzen und Berechnungen zur physischen Hardware übergehen.
„Als Erstes erstellt man Skizzen und bespricht sie im Team. Die anderen machen einen dann auf Dinge aufmerksam, die man selbst noch nicht bedacht hat. Dann rechnet und skizziert man weiter. Man zerlegt große Probleme in kleinere, bis sie lösbar werden“, erklärte Röösli.
„Wenn die ersten Prototypen auf dem Tisch liegen, zeigen sich wieder neue Herausforderungen.“
Leistungsziele und wesentliche Herausforderungen
RDREs sollen bei gleicher Kraftstoffmenge 10–20 % mehr Leistung liefern als herkömmliche Verbrennungsmotoren, wobei Detonationswellen bis zu 20.000 Mal pro Sekunde durch eine Ringkammer zirkulieren.
Die dabei entstehenden Drücke und Temperaturen stellen hohe Anforderungen an die Werkstoffe, doch diese Herausforderung lässt sich mit gedrucktem Kupfer gut bewältigen, da es eine geometrische Komplexität ermöglicht, die bei herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht realisierbar ist. Die NASA hat RDREs auf Bodenständen in den Vereinigten Staaten gezündet, ein polnisches Institut hat Varianten mit Flüssigtreibstoff getestet, und Japan hat einen solchen Motor im Weltraum gezündet.
Röösli sagte, dass die Arbeit an der Spitze der RDRE-Forschung bereits für Studierende im Grundstudium zugänglich sei. „Man muss kein außergewöhnliches Talent haben, um nach zwei Studienjahren einen Raketenmotor zu entwickeln. Man geht Schritt für Schritt vor und hilft sich gegenseitig.“
