Aurora (Raumflugzeug)

Aurora ist ein in Entwicklung befindliches wiederverwendbares 28 m langes Mehrzweck-Raumflugzeug des in Bremen basierten Start-ups Polaris Raumflugzeuge. Es soll eine orbitale Nutzlastkapazität von 800 bis 1.000 kg und eine suborbitale Nutzlastkapazität von mehreren Tonnen besitzen.[1] Das Raumflugzeug soll jede Umlaufbahnneigung erreichen können. Ein Erstflug wird für 2026 angestrebt.[2] Die Aufnahme des Regelflugbetriebs ist für 2027 angekündigt.[3]

Aurora
Land Deutschland Deutschland
Hersteller Polaris Raumflugzeuge GmbH
Status in Entwicklung
Aufbau
Durchmesser 28 m (Länge)
Stufen 2
Stufen
1. Stufe Aurora Raumflugzeug
Typ Wiederverwendbarer Raumflugzeugrumpf
Triebwerk 4 EJ200 und 2 Raketentriebwerke
Treibstoff Flüssigsauerstoff und Kerosin/SAF
2. Stufe nicht wiederverwendbare Oberstufe
Starts
Erststart 2026 (angestrebt)
Teilerfolge mehrere Technologiedemonstratoren absolvierten Testflüge
Nutzlastkapazität
Kapazität Suborbitale Flugbahn 10.000 kg
Kapazität LEO 1.000 kg

Das Konzept des Raumflugzeugs basiert auf Plänen des DLR aus den Jahren 2015–2018. Es soll flugzeugähnliche Starts und Landungen auf konventionellen Start- und Landebahnen durchführen können. Das Fahrzeug soll Missionen wie Satellitenstarts, orbitale Frachttransporte, Aufklärung, suborbitale Flüge für kommerzielle oder verteidigungsbezogene Zwecke absolvieren können. Dabei sollen Geschwindigkeiten von bis zu Mach 10 erreicht werden.[1][4] Vorgesehen ist auch eine optionale Luftbetankungsfähigkeit.[3]

Das Raumflugzeug soll mithilfe von vier Turbinen-Strahltriebwerken abheben und an Höhe gewinnen, bevor es seine Raketentriebwerke zündet, um den Weltraum zu erreichen. Dort wird die Nutzlast in Kombination mit einer nicht wiederverwendbaren Oberstufe getrennt. Anschließend kehrt das Raumflugzeug zurück zum Startflughafen. So soll insgesamt 90–100 % Wiederverwendbarkeit erreicht werden.[3]

Das Unternehmen erhofft sich durch die Realisierung von Aurora eine Senkung der Startkosten aufgrund der Wiederverwendung. Zudem soll es sicherer als konventionelle Trägerraketen sein, da es im Fall eines Missionsabbruches zum Startflughafen zurückkehren kann. Aurora soll auch flexibler und häufiger einsatzbereit sein als konventionelle Trägerraketen.[3][1]

Antrieb und Aerospike-Forschung

Aurora soll im atmosphärischen Betrieb durch vier Turbofan Triebwerke mit niedrigem Nebenstromverhältnis des Typs Eurojet EJ200 angetrieben werden, dieselben Triebwerke, die auch der Eurofighter Typhoon verwendet.[1] Um Orbit zu erreichen, sowie Betrieb im Weltall zu ermöglichen, soll Aurora zusätzlich über zwei Raketentriebwerke verfügen. Die EJ200 sollen durch Kerosin und/oder nachhaltigem Flugzeugtreibstoff (SAF) angetrieben werden. Die beiden Raketentriebwerke sollen mit einer Mischung aus Kerosin oder SAF und Flüssigsauerstoff (LOX) betrieben werden.[3]

2021 bekam Polaris Raumflugzeuge einen viermonatigen Forschungsauftrag der Bundeswehr im Umfang von 250.000 €, zusammen mit dem Institut für Luft- und Raumfahrt der TU Dresden, dem DLR-Institut für Flugführung und der Anwaltskanzlei BHO Legal sollen technische und operationelle Eigenschaften solcher Luftfahrzeugmissionen sowie regulatorische und Zertifizierungsaspekte untersucht werden.[5] Das Projekt trägt den Namen „Rapid Deployable Reconnaissance System“ (kurz: RDRS).[6] Die Studie beinhaltete auch die Untersuchung des Potenzials für den Einsatz von Aerospike-Triebwerken. Forscher der TU Dresden hatten zuvor mithilfe von 3D-Druck möglicherweise Fortschritte bei der Kühlung von Aerospike-Triebwerken gemacht, dies soll die Studie verifizieren.[1] Der Einsatz von Aerospike-Triebwerken bietet mögliche Leistungssteigerungen an, da es durch seine Bauweise auf den jeweiligen Außendruck in verschiedenen Höhenlagen optimiert ist.[7][8]

Im Oktober 2023 übernahm Polaris zwei Triebwerke des Typs AS-1 vom Fertigungsunternehmen AM Global. Im November 2023 testete das Unternehmen erstmals das lineare Aerospike-Triebwerk AS-1B, das bis zu 1 kN Schub erzeugt. Bis zum 14. Dezember 2023 wurden insgesamt 10 Test-Zündungen des Triebwerks durchgeführt. Bei der getesteten Version handelt es sich um eine schwerere Version des Triebwerks, das hauptsächlich für Tests auf dem Boden vorgesehen ist. Polaris gab an, eine stabile und reproduzierbare Schuberzeugung, ohne dass zwischen den Zündungen Schäden oder Verschleiß festgestellt wurde, erzielt zu haben.[2]

Eine flugtaugliche Version, des Aerospike-Triebwerks, AS-1F soll auf dem Technologie-Demonstrator Mira erprobt werden. Zwei solcher Triebwerke wurden von AM Global hergestellt. Das Triebwerk wurde erstmals Mitte Dezember 2023 getestet, seitdem absolvierte es 23 Zündungstests. Angaben von Polaris zufolge produzierte das Triebwerk mehr Schub als vorhergesehen war, genaue Zahlen wurden nicht genannt. Am 1. Februar 2024 absolvierte Mira erstmals einen Rolltest unter Kraft des AS-1F, bei dem das Triebwerk 3 Sekunden lang bei 60 % Schubkraft gezündet wurde.[9][10]

Technologie-Demonstratoren

Stella (VCN-001)

Stella war das erste Demonstrationsfahrzeug (Demo-1) für Aurora, es ist 2,5 m lang und mit zwei Kerosin betriebenen Jet-Triebwerken ausgestattet. Stella wurde in einer Kooperation zusammen mit der Hochschule Bremen gebaut. Der Erstflug fand im April 2020 auf dem Flughafen Rotenburg/Wümme statt. Stella wurde dafür verwendet, aerodynamische Eigenschaften und die Steuerbarkeit der Raumflugzeugkonfiguration festzustellen. Der Demonstrator wurde seither außer Betrieb genommen.[11][12]

Aleda (VCN-002)

Das zweite Demonstrationsfahrzeug (Demo-2) Aleda ist 3,5 m lang, und mit vier elektrischen Turbinen ausgestattet. Die Tragflächen sind flächenmäßig etwa doppelt so groß wie Stellas Tragflächen. Der Erstflug fand im Oktober 2022 statt, bis Ende 2022 hatte Aleda bereits 19 Flüge auf zwei verschiedenen Flughäfen erfolgreich absolviert. Konzipiert wurde der Demonstrator als kostengünstige Plattform zur Risikominderung für die Erprobung von automatischen Flugsteuerungen und Sensoren. Mittlerweile dient Aleda als Ausbildungsplattform zur Ausbildung weiterer Drohnenpiloten.[11]

Athena (VCN-003)

Athena ist der dritte Demonstrator (Demo-3), er wurde im Auftrag der Bundeswehr im Rahmen des Projektes „Rapid Deployables Reconnaissance System“ (RDRS) gebaut. Der Erstflug fand am 8. November 2022 auf dem Flugplatz Peenemünde statt bei dem das ferngesteuerte Fahrzeug etwa 10 km zurücklegte. Mit 120 kg ist Athena schwerer sowie Leistungsfähiger und Ausgereifter als vorherige Testfahrzeuge. Angetrieben wird es mit vier Kerosin betriebenen Jet-Triebwerken. Weiterhin wurde das Fahrzeug für eine zukünftige Integration mit einem Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk ausgelegt.

Ausgestattet wurde Athena unter anderem mit einem robusteren Fahrwerk, einem „Beyond Visual Line of Sight“ (BVLOS) Telemetrie-System, zugelassen auf 20 km Reichweite, einem halbautomatischen Flugsteuerungssystem, einem Flugabbruchsystem („Flight Termination System“ kurz: FTS) und einem automatischen Flugregler für die Fahrzeugstabilisierung und zur Vermeidung von Strömungsabrissen ausgestattet. Der Rumpf ist außerdem für Belastungen bis 6,6 g ausgelegt. Athena soll eine Geschwindigkeit von Mach 0,4 erreichen können.

Aufgrund des Gewichts und der Größe von Athena mussten für die Zulassung erstmals mehrere rechtliche Rahmen erfüllt werden. Das Fahrzeug benötigte eine spezielle Betriebsgenehmigung, Lizenzen für Langstreckenfunk- und Telemetrie-Systeme, eine besondere Versicherung und eine Umweltverträglichkeitsprüfung. Ein Flugbeschränkungsgebiet (ED-R) von 260 Quadratkilometern musste rund um den Flugplatz Peenemünde und angrenzende Gewässer für den sicheren Testbetrieb eingerichtet werden.[13][11]

Mira (VCN-004)

Mira ist der vierte Demonstrator (DEMO-4) und eine verkleinerte Version mit ähnlicher Form wie das Aurora-Raumflugzeug. Der kohlenstofffaserverstärkte Rumpf wurde von dem Aachener Start-up Up2Tec gebaut. Mira ist speziell für die Demonstration und Erprobung von linearen Aerospike-Triebwerken vorgesehen. Angetrieben wird das Fahrzeug von vier Kerosin betriebenen Turbinen-Strahltriebwerken und einem AS-1 linearen Aerospike-Triebwerk, dieses liefert etwa 1 kN Schub. Diese Art von Triebwerk bietet möglicherweise Leistungssteigerungen im Vergleich zu konventionellen Raketentriebwerken. Die Erprobung dieser Triebwerke wird im Rahmen eines im April 2023 erhaltenen Auftrages der Bundeswehr bzw. dem BAAINBw durchgeführt.

Mira ist 4,25 m lang und 210 kg schwer. Weiterhin ist Mira für BVLOS-Telemetrie-Betrieb auf eine Reichweite von 20 km zugelassen und mit einem Flugabbruchsystem (FTS) ausgestattet. Von Beginn des Fahrzeugdesigns bis zum Erstflug sind sechseinhalb Monate vergangen.

Ein Erstflug unter Kraft der Jet-Turbinen wurde am 26. Oktober 2023 durchgeführt, dieser dauerte etwa 2,5 Minuten. Am 1. Februar 2024 folgte ein erster Rolltest unter Kraft des linearen Aerospike-Triebwerks. Dieses wurde 3 Sekunden lang bei 60 % Schub am Lemwerder Flugfeld nahe Bremen gezündet, das Sicherheitssystem entlüftete anschließend den restlichen Sauerstoff um Bodenpersonal Sicherheit beim Annähern des Fahrzeugs zu gewährleisten. Das Flugabbruchsystem wurde ebenfalls getestet. Laut Polaris sollen im Februar 2024 auch erste Flugtests unter Kraft des Aerospike-Triebwerks stattfinden. Ein solcher erfolgreicher Test würde Mira zum weltweit ersten Fahrzeug machen, das ein lineares Aerospike-Triebwerk einsetzt.[9][11][14]

Im März 2022 gab Polaris bekannt, dass Mira während der Vorbereitungen für den Erstflug unter Kraft des Raketenantriebs, aufgrund von Fahrwerkslenkreaktion und Seitenwind mit 170 km/h von der Landebahn abkam und verunglückte. Dabei ist der Faserverstärkte Rumpf beschädigt worden, laut Polaris wurden jedoch keine weiteren Subsysteme beschädigt. Nach dem Zwischenfall sollen alle Sicherheitsverfahren von den Bordsystemen des Fahrzeugs einwandfrei durchgeführt worden sein. Dazu gehören die Druckentlastung der Treibstofftanks, das Ablassen von LOX (flüssigem Sauerstoff) und das Abpumpen von Kerosin aus den Tanks. Auch die Pyrotechnik des Flugabbruchsystems wurde wieder in den sicheren Modus gebracht, so dass Bodenpersonal sich dem Fahrzeug sicher nähern konnte. Insgesamt hat Mira 61 Testflüge absolviert. Weiterhin gab Polaris bekannt bereits an zwei größere Iterationen, Mira-II und Mira-III zu arbeiten.[15][16]

Mira-Light (VCN-006)

Mira-Light (auch: „Mini-Mira“) ist eine maßstabsgerechte verkleinerte 2,5 m lange technologisch einfachere Version des Aerospike-Demonstrators Mira. Der Zweck des Prototyps ist die Kalibrierung und Erprobung der Flugsteuerungssysteme für Mira. Der Erstflug fand am 22. August 2023 statt, 17 Tage später wurde das Flugsteuerungs-Testprogramm abgeschlossen. Innerhalb drei Flugtagen wurden 15 Flüge absolviert, bei denen insgesamt 40 Minuten Flugzeit angesammelt wurden. Auf 10 der 15 Flüge war eine Aerospike-Attrappe installiert. Bis Ende Oktober 2023 absolvierte Mira-Light 26 Flüge auf den beiden Flugplätzen Rotenberg/Wümme und Peenemünde.

Angetrieben wird Mira-Light von vier elektrischen Turbinen. Mira-Light wurde parallel zu Mira gebaut und wird von Polaris nicht als vollwertiger Demonstrator, sondern als Ergänzungs- („Auxiliary“) Demonstrator gesehen.[11][17]

In Entwicklung: Mira-II (VCN-007)

Das Modell Mira-II befindet sich aktuell in der Entwicklung. Es soll eine größere Iteration von Mira (VCN-004) werden.[15][16]

In Entwicklung: Mira-III (VCN-008)

Das Modell Mira-III befindet sich aktuell in der Entwicklung. Es soll eine größere Iteration von Mira (VCN-004) werden.[15][16]

geplant: Nova (VCN-005)

Nova soll der fünfte und letzte Demonstrator (DEMO-5) vor dem endgültigen Bau von Aurora werden. Geplant ist die Demonstration von Überschallflug in großen Höhen durch einen Raketenantrieb. Die Länge soll 6–7 m betragen und von vier Kerosin betriebenen Turbinen-Strahltriebwerken sowie einem Flüssigtreibstoff Raketentriebwerk angetrieben werden. Der Erstflug ist für 2024 geplant.[11][18]

Hersteller

Die Polaris Raumflugzeuge GmbH wurde 2019 als Ausgründung des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt von Alexander Kopp gegründet, der zuvor System-Ingenieur beim DLR war. Stand Oktober 2023 waren in dem Unternehmen 20 Mitarbeiter beschäftigt.[19][20]

Investoren der Firma sind unter anderen die US-basierte Investment Firm E2MC Ventures, der Deep-Tech Investor Andreas Kupke und die Mittelständischen Beteiligungsgesellschaft Bremen (MBB)[21] Im März 2024 unterschrieb Polaris eine Investitions- und Kooperationsvereinbarung mit der in der Schweiz basierten Aero Challenge Group (ACG), die Vereinbarung beinhaltet auch eine Investition von ACG in Polaris in höhe mehrerer millionen Euro.[22][23]

Langfristig plant Polaris die Entwicklung eines größeren Raumflugzeugs als Aurora. Das „Zukünftige Schwere Raumflugzeug“ soll ein vollständig wiederverwendbares schweres orbitales Raumflugzeug werden, das die Startkosten im Vergleich zu herkömmlichen Raketen senken soll. Zunächst soll dieses als „Semi-SSTO“ (Semi-Single Stage to Orbit) oder „1,5-Stufen“-Konzept Realisiert werden, welches durch technologische Reifung schrittweise in ein vollwertiges SSTO (Single Stage to Orbit) umgewandelt werden kann. Es soll in der Lage sein Astronauten, Nutzlast und Satelliten in den Weltraum zu transportieren, Weltraumschrott entfernen und mithilfe einer Oberstufe Nutzlasten zum Mond und ins restliche Sonnensystem befördern.[24]

  • AURORA auf der Website von Polaris

Einzelnachweise
  1. Lars Hoffmann: Startup untersucht Aufklärung bei Hyperschallgeschwindigkeit. 27. Juli 2021, abgerufen am 6. Februar 2024 (deutsch).
  2. Andrew Parsonson: POLARIS Spaceplanes take Delivery of a Pair of Aerospike Engines. In: European Spaceflight. 6. Oktober 2023, abgerufen am 6. Februar 2024 (amerikanisches Englisch).
  3. POLARIS Raumflugzeuge - Light Spaceplane AURORA. Abgerufen am 6. Februar 2024.
  4. KS: Auftrag an Polaris: Raumflugzeug-Demonstrator für die Bundeswehr. 18. März 2022, abgerufen am 6. Februar 2024.
  5. DLR-Spinoff POLARIS erhält Auftrag von Bundeswehr. Abgerufen am 6. Februar 2024 (deutsch).
  6. Startup untersucht Aufklärung im Hyperschallbereich. 27. Juli 2021, abgerufen am 6. Februar 2024 (deutsch).
  7. Bundeswehr prüft Polaris-Raumflugzeug als Aufklärungs-Plattform. 27. Juli 2021, abgerufen am 6. Februar 2024 (deutsch).
  8. DLR-Spinoff POLARIS erhält Auftrag von Bundeswehr. Abgerufen am 6. Februar 2024 (deutsch).
  9. Andrew Parsonson: POLARIS Spaceplanes Conduct First Rocket-Powered Roll Test. In: European Spaceflight. 1. Februar 2024, abgerufen am 6. Februar 2024 (amerikanisches Englisch).
  10. Andrew Parsonson: POLARIS Spaceplanes take Delivery of a Pair of Aerospike Engines. In: European Spaceflight. 6. Oktober 2023, abgerufen am 6. Februar 2024 (amerikanisches Englisch).
  11. POLARIS Raumflugzeuge - Demonstrators. Abgerufen am 6. Februar 2024.
  12. POLARIS Raumflugzeuge - News. Abgerufen am 6. Februar 2024.
  13. ES&T Redaktion: Erstflug des Raumflugzeug-Demonstrators von Polaris erfolgreich. 21. November 2022, abgerufen am 6. Februar 2024 (deutsch).
  14. POLARIS Raumflugzeuge erreicht mit MIRA neue Meilensteine. Abgerufen am 6. Februar 2024 (deutsch).
  15. POLARIS Spaceplanes auf LinkedIn: At POLARIS, we are advancing our project at an exceptionally rapid pace… | 15 Kommentare. Abgerufen am 12. März 2024.
  16. Andrew Parsonson: POLARIS Spaceplanes' MIRA Vehicle Damaged During Takeoff. In: European Spaceflight. 12. März 2024, abgerufen am 12. März 2024 (amerikanisches Englisch).
  17. Polaris Spaceplanes Completes MIRA-Light Prototype Flight Tests | The National Robotics Education Foundation. Abgerufen am 6. Februar 2024.
  18. Andrew Parsonson: POLARIS to Begin Testing Fourth Spaceplane Demonstrator From September. In: European Spaceflight. 18. August 2023, abgerufen am 6. Februar 2024 (amerikanisches Englisch).
  19. Ohne Startrampe ins All: Bremer Unternehmen will Raumflugzeuge bauen - buten un binnen. Abgerufen am 6. Februar 2024.
  20. POLARIS Spaceplanes auf LinkedIn: #mira #polaris #spaceplane #spacetransportation #newspace #startup #drone… Abgerufen am 12. März 2024.
  21. POLARIS Spaceplanes auf LinkedIn: #psv | 13 Kommentare. Abgerufen am 12. März 2024.
  22. POLARIS Spaceplanes auf LinkedIn: POLARIS AND AERO CHALLENGE GROUP SIGN STRATEGIC COOPERATION AND INVESTMENT… | 12 Kommentare. Abgerufen am 30. März 2024.
  23. Andrew Parsonson: POLARIS Spaceplanes Secures "Multi-Million-Euro Investment". In: European Spaceflight. 28. März 2024, abgerufen am 30. März 2024 (amerikanisches Englisch).
  24. POLARIS Raumflugzeuge - Future Heavy Spaceplane. Abgerufen am 6. Februar 2024.
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