Ariane Group, DLR und SAL
Per Laser-Zündung ins All
Forscher von Silicon Austria Labs (SAL) haben ein laserbasiertes Zündsystems für Raketen und Satelliten entwickelt, das jetzt in Richtung Serienreife geht.
Als technisch vielversprechende Alternative zu den bisher verwendeten elektrischen und pyrobasierten Zündsystemen kann die Laserzündung in den Bereichen Gewicht, Größe, Zuverlässigkeit und der Fähigkeit, Triebwerke mehrmals hintereinander zu zünden, massiv punkten.
»Unser Zündlaser basiert auf extrem kurzen und energiereichen Lichtpulsen, die in die Brennkammer eines Triebwerks fokussiert werden und dort im Treibstoff Plasma und damit einen Zündfunken erzeugen«, erklärt Gerhard Kroupa, Staff Scientist und Projektverantwortlicher bei SAL. »Im Gegensatz zu herkömmlichen elektrischen Zündsystemen werden jedoch keine Elektroden benötigt, die die hohen Temperaturen von etwa 3000 °C in einem Raketentriebwerk nicht überstehen würden, sondern nur ein optisches Fenster am Rand der Brennkammer. Der Zündort kann somit äußerst variabel im Triebwerk platziert werden, was wiederum die Zuverlässigkeit der Zündung massiv erhöht.«
Für Cluster-Triebwerke und Stellitensteuerung
Eine große Herausforderung bei der Entwicklung des Systems seien die extremen Umgebungsbedingungen (Temperatur, Vibrationen) direkt an und in der Brennkammer sowie die nötige Miniaturisierung des Systems, um die Kosten- und Gewichtsvorteile der Technologie voll ausspielen zu können. »Derzeit arbeiten wir gemeinsam mit Ariane Group und DLR an einem System, das die Laserpulse von einem Laserkopf per Glasfaser an mehrere Triebwerke verteilt, um weitere Kosteneinsparungen erreichen zu können. Dies ist vor allem für die neue Generation von sogenannten Cluster-Triebwerken oder für die Lageregelung von Satelliten höchst attraktiv«, so Kroupa.
Lizenzvertrag mit Ariane Group
Um das System auch tatsächlich in kommerziellen Anwendungen einzusetzen, hat SAL mit ArianeGroup nun einen Lizenzvertrag für die Industrialisierung des Systems und der Produktion einer ersten Kleinserie abgeschlossen.
Außerdem sind diverse Förderprojekte zur Weiterentwicklung des Systems am Laufen. Aktuell liegt der Fokus des Projektteams unter anderem auf der Entwicklung eines fasergekoppelten Mehrfachzünders, der die Laserzündung weiter verbessern wird.
»Wir leisten die Vorarbeit, und die Lizenzierung der Laserzündung für Raketentriebwerke ist das beste Beispiel für eine mehr als gelungene Entwicklung dank unserer Forschung. Die Zusammenarbeit mit Ariane hat sich als äußerst fruchtbar für beide Partner erwiesen«, so SAL-Geschäftsführerin Christina Hirschl.
Die Entwicklung der Laserzündung
Bei Silicon Austria Labs bzw. ihrer Kärntner Vorläufergesellschaft Carinthian Tech Research (CTR, 2019 mit SAL fusioniert), wird seit zwanzig Jahren die Entwicklung von Laserzündungen vorangetrieben. Angefangen hat alles 2003 bei CTR mit der Entwicklung der ersten Generation eines Laserzündsystems für die Automobilindustrie, das an verschiedenen PKW-Motoren namhafter Hersteller getestet wurde.
Dieses System wurde über die nächsten Jahre miniaturisiert und optimiert und bereits 2006 in der dritten Generation für die Zündung in der Luftfahrt getestet. Nur wenige Jahre später starteten erste Kooperationen zwischen SAL, DLR und Ariane-Group (damals Airbus Defense and Space) für Raumfahrtanwendungen. Ab 2014 wurden dann bereits umfangreiche Tests an realen Raketentriebwerken an verschiedenen Prüfständen erfolgreich durchgeführt. Mit dem Bau und Test eines Technologiedemonstrators eines Laserzünders für das Oberstufentriebwerk »Vinci« der Ariane Rakete im Jahr 2016 war schließlich ein bedeutender Schritt in Richtung eines unter realen Betriebsbedingungen einsatzfähigen Systems erreicht.
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