maxon Story

Junge Raketeningenieur:innen wollen hoch hinaus

ARIS ist ein 2017 von Studierenden der Hochschulen ETH, HSLU und ZHAW gegründeter Schweizer Ausbildungsverbund. Er soll Studierenden die Möglichkeit geben, ihre Kenntnisse in Projekten rund um das Thema Weltraum praktisch anzuwenden. Seit 2018 nimmt ARIS mit selbst entwickelten Forschungsraketen am jährlichen Spaceport America Cup teil. Unterstützt wird der Verbund bereits seit mehreren Jahren von maxon. Mit Antriebstechnik, Dreh- und Frästeilen aus der Lehrwerkstatt und technischem Know-how. In diesem Jahr liefen bei ARIS insgesamt drei Projekte:

Das Raketenprojekt PICCARD entwickelte die neueste Ausführung der ARIS-Forschungsrakete.
Das Triebwerkprojekt DAEDALUS baute auf den Entwicklungsprojekten der Vorjahre auf und schuf die erste fliegende Hybridrakete für ARIS.
Das Projekt PHOENIX entwickelte Technologien zur Steuerung eines Fallschirms, mit dem die Forschungsrakete autonom an einem vorbestimmten Ort gelandet werden kann.

PICCARD

Mit über 60 aktiven Studierenden ist das Raketenprojekt PICCARD das grösste der drei Vorhaben. Die 6.20 Meter lange Höhenrakete mit einem Startgewicht von 98 Kilogramm sollte beim Spaceport America Cup bis zu 10 Kilometer hoch fliegen können. Angetrieben wird sie von DAEDALUS, dem Hybrid-Raketentriebwerk, das von einem anderen Team entwickelt wird.
Die Integration des Raketentriebwerks und die Entwicklung der unterstützenden Infrastruktur für den Raketenstart stellten dabei in diesem Jahr die grössten Herausforderungen dar. Ausserdem wurden zusätzlich zu der Rakete, die neben dem Triebwerk aus einer leichten Struktur, der Bordelektronik, einem Bergungssystem und der Nutzlast besteht, auch eine autonome Betankungsstation und eine Trackingstation entwickelt. Die aerodynamische Nase und die Seitenleitwerke verleihen der Rakete während des Fluges Stabilität. Zwischen den röhrenförmigen, aus kohlenstoff- und glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigten Modulen des Baukastensystems sind Trennwände aus Aluminium angebracht. Bei einem Raketenstart werden diese Module vor Ort zusammengesetzt und mit Klemmringen verbunden. Die konische Metallspitze und die Klemmringe wurden in der maxon Lehrwerkstatt gefertigt.
Die Bordelektronik gewährleistet die Kommunikation vom Boden zur Rakete. Zwei schwenkbare Sendemasten bilden die Trackingstation, die die Rakete im Flug verfolgt und dafür sorgt, dass die Verbindung zur Rakete sowohl beim Start als auch bei der Bergung aufrechterhalten bleibt. Die Sendemasten werden von maxon Motoren angetrieben.

DAEDALUS

Bislang sind alle ARIS-Forschungsraketen mit kommerziellen Feststoffraketentriebwerken geflogen. Das soll sich in diesem Jahr ändern. ARIS entwickelt seit 2019 ein eigenes Raketentriebwerk, das dieses Jahr erstmals in die Rakete integriert wurde.

Das Ventilsystem des Raketentriebwerks wird von einem maxon Elektromotor angetrieben.

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Das DAEDALUS-Triebwerk wurde im Laufe eines Jahres von sechs ETH-Studierenden im Rahmen eines Fokusprojekts entwickelt. Es verwendet flüssiges Distickstoffmonoxid als Oxidationsmittel und SORPAL (eine Mischung aus Sorbit, Paraffin und Aluminium) als festen Brennstoff. Das Oxidationsmittel wird in einem speziell angefertigten Tank gelagert und über ein von einem maxon Elektromotor angetriebenes Ventilsystem in die Brennkammer eingespritzt. Dort reagiert das Oxidationsmittel mit dem Brennstoff und wird gezündet. Die heissen Gase verlassen die Brennkammer durch eine besonders hitzebeständige Düse, die den Schub erzeugt. Die Kraftübertragung auf die restliche Raketenstruktur erfolgt über die in der maxon Lehrwerkstatt hergestellte Motorhalterung. Das DAEDALUS-Triebwerk wurde ausgiebig getestet. Es wurden insgesamt 5 Cold-Flow-Tests und 7 Hot-Fire-Tests durchgeführt. Der gemessene Maximalschub betrug 7.98 kN. Um das Triebwerk während eines Raketenstarts auftanken zu können, wurde eine Betankungsstation entwickelt. Das Schnittstellenbauteil, das die Verbindung vor dem Start der Rakete löst, wurde ebenfalls von der maxon Lehrwerkstatt hergestellt.

Teammitglieder bei der Vorbereitung eines Fallversuchs

PHOENIX

Die ARIS-Raketen werden mit Fallschirmen geborgen, damit sie ein weiteres Mal fliegen können. Damit in Zukunft ein bestimmter Landepunkt für die Rakete angesteuert werden kann, wurde in diesem Jahr das Entwicklungsprojekt PHOENIX ins Leben gerufen. Hier haben acht Studierende der ETH und der ZHAW einen Prototyp gebaut, der mit zwei maxon Antrieben einen Fallschirm steuert und eine raketenartige Nutzlast autonom in einer vordefinierten Landezone ablegt. Das System erstellt an Bord eine Flugbahn und kann diese mit Hilfe von Sensoren verfolgen. Mehrere Falltests aus einem Helikopter wurden bereits erfolgreich bestanden.