Revolutionierung der Effizienz der Raketenentwicklung durch Tests

​Den Boden hinter sich lassen

Die Rocket Factory Augsburg (RFA) wurde 2018 mit der Vision gegründet, ein besseres Verständnis der Erde mit Daten aus dem Weltraum zum Nutzen unseres Planeten zu ermöglichen. Hochwertigere Daten ermöglichen es der Menschheit, den Klimawandel wirksamer zu bekämpfen, Logistikrouten zu optimieren, Wasser und Düngemittel an die richtigen Orte zu bringen, das Internet über die ganze Welt zu verbreiten und erneuerbare Energien zu steuern. Sie helfen auch dabei, Waldbrände und andere Umweltkatastrophen frühzeitig zu erkennen und selbstfahrende Fahrzeuge mit besseren und zugänglicheren Echtzeitdaten zu verbinden.

Ziel der RFA ist es, den Zugang zum Weltraum zu demokratisieren und die Startkosten zu senken. Dazu wird der wöchentliche Start von Satelliten in niedrige Erdumlaufbahnen ermöglicht mit einer Rakete, die bis zu 1,3 Tonnen Nutzlast sehr präzise, flexibel und kostengünstig in den Orbit fliegen kann: die RFA ONE.

Die Trägerrakete RFA ONE ist eine mittelgroße Rakete: Sie ist 30 m hoch, 2 m breit und besteht aus drei Stufen mit Tanks aus Edelstahl. Sie wird von insgesamt 10 Helix-Motoren angetrieben und hat gegenüber anderen Trägerraketen drei wesentliche Wettbewerbsvorteile:  

• Kundenorientierter Service mit präziser Indienststellung im Orbit und einem hohen Maß an Missionsflexibilität während der Phase, in der die Rakete in den Orbit fliegt
• Ein äußerst wettbewerbsfähiger Preis
• Überlegene stufenweise Verbrennungstechnologie, industrielle Automatisierung und kostengünstige Strukturen

Der Start ins All ist nach wie vor eine der größten Ingenieursleistungen, die es gibt: Unter härtesten Umgebungsbedingungen muss alles fehlerfrei funktionieren, und Scheitern ist keine Option. Die Entwicklung der RFA ONE und ihrer zahlreichen Systeme ist daher anspruchsvoll und erfordert umfangreiche Modell- und Artikeltests. Die RFA folgt ihrer eigenen Philosophie: Weg von der Simulation – hin zu Tests. So erklärt Dr. Stefan Tweraser, CEO von RFA: „Simulation ist natürlich wichtig, hat aber ihre Grenzen. Um ein komplexes System wie das unsrige zu perfektionieren, benötigen Sie Testdaten, um wichtige Entscheidungen zu treffen. Die softwarebasierten Lösungen von NI sind ein wesentlicher Bestandteil unseres Ansatzes.“

Wiederverwendung von Test-Assets in der gesamten Trägerrakete

Das Testingenieurteam der RFA begann mit einem Kernsatz an Testfunktionen, darunter Testinstrumente, Test-Codemodule und Datenanalyse. Von dort aus kann das Team die Testkonfiguration oder das zu testende System schnell anpassen, sei es das Hinzufügen oder Ändern von Sensoren und Testausführungssequenzen oder das Ändern der Art und Weise, wie Daten protokolliert werden – in Tagen oder gar nur in Stunden. NI LabVIEW und CompactRIO-/CompactDAQ-Hardware in Kombination mit einem kleinen, qualifizierten LabVIEW-Entwicklungsteam ist die ideale Grundlage für viele Test- und Qualifizierungsaktivitäten.

Die Ingenieure der RFA können kleine, transportable Testsysteme verwenden, die mit NI-Tools erstellt wurden, aber auch komplexe, dauerhafte Teststationen. Einfache Datenerfassungssysteme werden normalerweise verwendet, um ein paar Daten rund um Temperaturen, Drücke und Durchflussraten aufzuzeichnen und zu analysieren, damit Stück für Stück die tausenden Teile für einsatzbereit erklärt werden können, aus denen die RFA ONE besteht. Größere Testsysteme können wiederum Anforderungen wie hochpräzise Messungen, Echtzeitsteuerung und Simulation erfüllen. Ein Beispiel ist der Turbopumpenprüfstand des Unternehmens, zu dem sogar ein leistungsstarker Hubschraubermotor gehört. Diese Testsysteme werden an mehreren Teststandorten eingesetzt, vom Hauptsitz in Augsburg bis hin zu Portugal und Schweden. Bei RFA in Portugal werden die Orbit-Stufe und die Nutzlastmessung unter anderem einer Schwingungsanalyse und Dehnungsmessungen unterzogen.

^{Abbildung 1: Die RFA führt an ihrem Teststandort in Portugal mit NI-Tools strukturelle Tests durch, z. B. eine Berstprüfung für Druckbehälter.} 

^{Bildquelle: Rocket Factory Augsburg (RFA)}

Mit diesem internen agilen Ansatz erhält die RFA schnell genaue Testergebnisse und kann Designs und Hardware agil und flexibel anpassen, was schnellere Iterationen und Testschleifen ermöglicht. Dies ist ein enormer Vorteil in einer der innovativsten, disruptivsten und dynamischsten Branchen der Welt, und die RFA steht dabei an der Spitze. „Wir sehen enorme Chancen vor uns“, erklärt Dr. Tweraser, „sowohl für unser Unternehmen als auch für alle Kunden, die wir unterstützen. NI spielt eine entscheidende Rolle, um uns dabei zu unterstützen, diese Chancen zu nutzen.“

^{Abbildung 2: Dieser Turbopumpenprüfstand der RFA wurde mit NI-Test- und Simulationssoftware, CompactRIO und einem leistungsstarken Hubschraubermotor erstellt.} 

^{Bildquelle: Rocket Factory Augsburg (RFA).}

Die RFA führt diese Tests nicht nur in Augsburg, wo sich der Hauptsitz befindet, sondern auch in Portugal und Schweden durch. Die Orbitalstufe und die Nutzlastverkleidung werden bei der RFA in Portugal entwickelt. Zu den Tests gehören etwa die Schwingungsanalyse und die Dehnungsmessung der Nutzlastverkleidung. Dazu Dr. Tweraser: „Unser verteiltes Team ist Teil unserer Stärke und ermöglicht es uns, die besten Experten und Ressourcen einzubeziehen. Die fachliche Unterstützung, die wir von NI und dem Partnernetzwerk des Unternehmens erhalten, hilft, diese Stärken zu vervielfachen.“

^{Abbildung 3: RFA hat seinen Motorenprüfstand in Schweden mit CompactRIO-Systemen ausgestattet, die alles von flüchtigen Flüssigkeiten bis hin zum Motor selbst steuern, überwachen und messen.} 

^{Bildquelle: Rocket Factory Augsburg (RFA).}

Die komplexesten Tests bei der RFA finden auf dem schwedischen Testgelände für den einzigartigen gestuften Helix-Motor statt, der dort auch gezündet wird. Ein verteiltes, synchronisiertes CompactRIO-System steuert die Anlage und den Prüfling, steuert die Zünd- und Motorsteuersequenzen und prüft, ob Grenzwerte nicht überschritten werden. Das System erledigt sogar die Zufuhr von flüchtigen Flüssigkeiten, die für Tests wie RP1-Treibstoff, flüssigen Sauerstoff und Stickstoff sowie pyrophores Triethylaluminium und Triethylbor (TEA-TEB) benötigt werden. Das CompactRIO-System leistet all dies und bietet gleichzeitig synchronisierte Protokollierung und verteilte Benutzeroberflächen für die Menschen im Kontrollraum.

^{Abbildung 4: Im Juli 2022 hat die RFA einen 40-sekündigen Zündungstest des Helix-Raketenmotors mit stufenweiser Verbrennung durchgeführt. Der zur Durchführung des Tests verwendete Prüfstand besteht hauptsächlich aus verteilten CompactRIO-Systemen zur Steuerung und Instrumentierung des Raketentriebwerks, der Treibstoffsysteme und der Bedienoberfläche.} 

^{Bildquelle: Rocket Factory Augsburg (RFA).}

Der Blick nach vorn

Mit diesem internen agilen Ansatz, der durch NI-Tools für den Test ermöglicht wird, erhält die RFA schnell genaue Testergebnisse und kann Designs und Hardware agil und flexibel anpassen, was schnellere Iterationen und Testschleifen ermöglicht. Dies ist ein enormer Vorteil in einer der innovativsten, disruptivsten und dynamischsten Branchen der Welt. Mit einer flexiblen, benutzerfreundlichen Testplattform für Raketentriebwerke ermöglicht NI die schnelle Entwicklung neuer Trägerraketentechnologien, wie die der RFA, in der gesamten Raumfahrtindustrie. Diese Flexibilität trägt dazu bei, dass die RFA auch weiterhin an der Spitze steht.​