imported>Mantelmoewe am 14. März 2025 um 11:08 Uhr

2025-03-14T11:08:29Z

Neue Seite

{{Überarbeiten|grund=Der Artikel beruht weitgehend auf Primärquellen und Selbstdarstellung des DLR und gibt insoweit kein gesichertes, etabliertes Wissen wieder.}}
[[Datei:SHEFEX II - assembled.jpg|mini|Der zusammengebaute [[SHEFEX II|SHEFEX-II]]-Körper]]
Das '''Sharp Edge Flight Experiment''' ('''SHEFEX''') ({{deS|„Scharfe-Kante-Flugexperiment“}}) steht für ein Programm des [[Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt|Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR)]] zur Entwicklung einiger neuer, kostengünstiger und sicherer Konstruktionsprinzipien für [[Raumkapsel]]n und [[Raumgleiter]] mit Wiedereintrittsfähigkeit in die [[Erdatmosphäre|Atmosphäre]] und deren Integration zu einem Gesamtsystem. Das DLR erklärte zu den mit SHEFEX verfolgten Absichten: ''Ziel der Forschungsarbeiten ist ein Raumgleiter, der ab 2020 für rückführbare [[Experiment]]e unter [[Schwerelosigkeit]] zur Verfügung stehen soll.''<ref name="dlr_30052">{{Internetquelle |url=http://www.dlr.de/desktopdefault.aspx/tabid-728/1208_read-30052 |titel=Raumfahrzeug SHEFEX II startet im September 2011 in Norwegen |hrsg=DLR |offline=1 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20140314103336/http://www.dlr.de/desktopdefault.aspx/tabid-728/1208_read-30052 |archiv-datum=2014-03-14 |abruf=2022-08-29}}</ref> Das Raumgleiterprojekt hat den Namen '''REX-Free Flyer''' erhalten (REX für Returnable Experiment, deutsch „rückkehrfähiges Experiment“).<ref>{{Webarchiv |url=http://www.dlr.de/bk/desktopdefault.aspx/tabid-6862/11316_read-26096/ |text=Raumgleiter – REX-Free Flyer |archive-is=20130211022837}}, abgerufen am 28. Juni 2012</ref>

Beim Wiedereintritt von Raumfahrzeugen in die Erdatmosphäre entstehen Temperaturen von über 2000 Grad Celsius. Dies wird durch die hohe Geschwindigkeit der Raumfahrzeuge verursacht, die sowohl zu Reibung mit den Luftmolekülen als auch zu deren Verdrängung führt.<ref name="dlr_30052" /> Um nicht zu verglühen, benötigen Raumschiffe daher sehr teure [[Hitzeschild]]e, die leider nicht immer ausreichend Schutz gewährleisten.

== Erstes Raumfahrzeug mit scharfen Ecken und Kanten ==
Die namensgebende Idee für das ''scharfkantige Flugexperiment'' von Projektleiter [[Hendrik Weihs]], Koordinator für Rückkehrtechnologien im DLR, ist eine völlig neue Form für eine Raumkapsel, welche Ecken und Kanten besitzt statt der bisher in der [[Raumfahrt]] durchgehend verwendeten runden Formen. Flache Einzelbauteile, aus denen sich diese Form zusammensetzen kann, lassen sich kostengünstiger herstellen als gerundete.<ref name="dlr_30052" />

Zu diesem grundlegenden Vorteil des Konzepts erklärte [[Klaus Hannemann]], Leiter der Abteilung Raumfahrzeuge im DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik in [[Göttingen]]:
{{Zitat
|Text=Ein [[Space Shuttle]] hat über 25.000 unterschiedlich geformte [[Hitzeschutzkachel|Kacheln]]. Durch die einfache Form der SHEFEX-Kacheln lassen sich die Wartungskosten des Thermalschutzsystems senken und ein einfacher Austausch im Weltall wäre denkbar.}}

Weiter streben die Verantwortlichen eine bessere [[Aerodynamik]] an. Gesamtprojektleiter Hendrik Weihs erklärte dazu:
{{Zitat
|Text=Die Kapsel erreicht fast die aerodynamischen Eigenschaften eines Space Shuttles, ist aber kleiner und benötigt keine Flügel.
|ref=<ref name="astronews_201005">{{Internetquelle |url=http://www.astronews.com/news/artikel/2010/05/1005-009.shtml |titel=Test für neues Raumfahrzeug |hrsg=Astronews |datum=2010-05-10 |abruf=2012-06-29}}</ref>
}}

Programmatisch erklärte das DLR dazu:

{{Zitat
|Text=Aus den Erfahrungen bei der Entwicklung von Thermalschutzsystemen konnte die Vorgabe gekrümmter Außenkonturen mit hoher Genauigkeit als ein wesentlicher Kostenfaktor identifiziert werden. Große, gekrümmte faserkeramische Strukturen benötigen aufwändige Fertigungshilfsmittel und für jedes Einzelbauteil entsprechende Hilfsformen und optimierte Herstellverfahren. Ein mögliches Einsparpotential stellt daher die Vereinfachung der Außenkontur durch Auflösung in möglichst wenige, ebene Oberflächen dar. Grundsätzlich lassen sich plattenförmige Paneele aus einer Grundform herstellen und durch einfaches Beschneiden anpassen. Dies führt auch zu deutlichen Einsparungen bei der Wartung und dem Austausch beschädigter Elemente. Strömungstechnisch ergeben sich jedoch während des Wiedereintritts Probleme an den Kanten und Ecken. Dort treten sehr hohe Temperaturen auf, die durch neue Technologien, wie z. B. aktiv gekühlte Elemente, beherrscht werden müssen. Aerodynamisch ergeben sich jedoch im Hyperschallflug durch diese Formgebung auch Vorteile, da in diesem Geschwindigkeitsbereich Konturen mit scharfen Vorderkanten geringeren Widerstand erzeugen.
|ref=<ref name="dlr_10112">{{Webarchiv |url=http://www.dlr.de/bk/desktopdefault.aspx/tabid-2478/11208_read-25785/ |text="Spitzen"-Technologie aus Deutschland: Scharfkantiges DLR-Raumfahrzeug vorgestellt |archive-is=20130210191726}}</ref>}}

== Faserkeramische Verbundmaterialien für den Hitzeschild ==
Als Werkstoffe für die Schilde werden [[Faserkeramisches Verbundmaterial|faserkeramische Verbundmaterialien]] eingesetzt. So wurden z. B. bei dem zweiten Raketenversuch SHEFEX II neun verschiedene Materialien getestet, größtenteils Entwicklungen des DLR in Stuttgart und Köln. Diese seien – so das DLR – im Vergleich zu metallischen Werkstoffen wesentlich hitzebeständiger, extrem leicht und auch bei hohen Temperaturen formstabil.<ref name="dlr_30052" />

== Aktive Kühlung für den Hitzeschild ==
Außerdem wird ein Hitzeschutzsystem entwickelt und getestet, bei dem während des Wiedereintritts [[Stickstoff]] durch eine poröse Kachel strömt und so den Flugkörper kühlt.<ref name="dlr_4015">{{Internetquelle |url=http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10176/372_read-4015/ |titel=Durch die Atmosphäre mit scharfen Kanten |hrsg=DLR |datum=2012-06-22 |offline=1 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20130607033246/http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10176/372_read-4015#gallery/6405 |archiv-datum=2013-06-07 |abruf=2022-08-29}}</ref> Projektleiter Hendrik Weihs erklärte zu diesem Teilvorhaben:
{{Zitat
|Text=Das austretende Gas bildet eine Art kühlende Schutzschicht um die Oberfläche, so dass das atmosphärische Gas nicht an das Raumfahrzeug herankommt
|ref=<ref name="astronews_201005" />}}

== Steuerung während des Wiedereintritts bei SHEFEX II ==
Das zweite Experiment [[SHEFEX II]] wurde mit aktiven aerodynamischen Kontrollelementen ausgerüstet, die eine aktive Flugsteuerung während der Wiedereintrittsphase ermöglichen. Diese keramischen [[Canard]]s mit ihren mechanischen [[Aktuator]]en und einem autonomen Kontrollsystem sind ein weiteres Entwicklungsziel des Projektes.<ref name="Technologie">{{Internetquelle |url=http://www.bw-feiert.de/fileadmin/uploads/winners/51_Weihs/handout_rev5-2.pdf |titel=SHEFEX II – Ein weiterer Schritt im Flugtestprogramm für Wiedereintritts-Technologie |format=PDF; 2,7 MB |offline=1 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20131217125203/http://www.bw-feiert.de/fileadmin/uploads/winners/51_Weihs/handout_rev5-2.pdf |archiv-datum=2013-12-17 |abruf=2012-08-16}}</ref>

== Beteiligte Institute ==
Die fliegende Experimentplattform SHEFEX ist eine Gemeinschaftsarbeit von sieben DLR-Instituten und -Einrichtungen:
*Das ''Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik'' führte ''Windkanal''versuche durch und berechnete das Strömungsfeld beim Wiedereintritt und stattet den Flugkörper mit Sensoren für die Messung von Temperatur, [[Druck (Physik)|Druck]] und Wärmebelastung aus.
*Das [[Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung]] fertigte den Flugkörper an und entwarf und produzierte unter anderem die keramischen Thermalschutzsysteme. Bei einem dieser Hitzeschutzsysteme strömt während des Wiedereintritts Stickstoff durch eine poröse Kachel und kühlt so den Flugkörper.
*Das ''Institut für Flugsystemtechnik'' testete Canards, das sind Steuerflächen, mit denen die Lage von SHEFEX II aktiv gesteuert werden kann.
*Das ''Institut für Werkstoffforschung'' stellte keramische Kacheln her,
*Das [[Institut für Raumfahrtsysteme]] und die
*[[Einrichtung Simulations- und Softwaretechnik]] entwickelten eine Navigationsplattform zur Lagebestimmung des Raumfahrzeugs während des Flugs.
*Die [[Mobile Raketenbasis|Mobile Raketenbasis ''MORABA'']] des DLR steuerte das zweistufige Trägersystem hinzu, steuerte die Rakete und empfing die Daten, die SHEFEX während des Flugs sendete.<ref name="dlr_4015" />

== SHEFEX I ==
Der erste Versuchsträger SHEFEX-I startete am 28. Oktober 2005 auf einer zweistufigen Höhenforschungsrakete von einer Startanlage auf der Insel [[Andøya]] nahe der norwegischen Stadt [[Andenes]]. SHEFEX-I erreichte über dem Nordmeer eine Höhe von über 200 km. Das Gerät trat innerhalb von 20 Sekunden mit fast siebenfacher [[Schallgeschwindigkeit]] wieder in die Erdatmosphäre ein. Die Messdaten sowie live Bilder der Bordkamera wurden direkt zur Bodenstation übertragen. Da bei der Aktivierung des [[Fallschirm]]systems ein Fehler auftrat, der zum Verlust des Fallschirmsystems führte, ging die Flugeinheit von SHEFEX-I verloren. Die Auswertung der Messdaten lieferte aber nach Angaben der DLR wichtige Erkenntnisse, die SHEFEX-I aus Sicht der DLR zu einem großen Erfolg werden ließen.<ref name="dlr_10112" /> Als Antrieb wurde ein Raketensystem verwendet, das aus einer brasilianischen [[VS-30]]-Unterstufe und einer [[MIM-23 HAWK|HAWK-Rakete]] als Oberstufe kombiniert wurde.<ref name="dlr_2188">{{Internetquelle |url=http://www.dlr.de/Desktopdefault.aspx/tabid-1278/1749_read-2188/1749_page-2 |titel=Flugexperiment SHEFEX erfolgreich gestartet |hrsg=DLR |datum=2005-10-27 |offline=1 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20140326030650/http://www.dlr.de/Desktopdefault.aspx/tabid-1278/1749_read-2188/1749_page-2/ |archiv-datum=2014-03-26 |abruf=2022-08-29}}</ref> Die Kosten des dreijährigen Projektes betrugen ca. 4 Mio. Euro und wurden im Rahmen des Programms Weltraum von der [[Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren]] (HGF) und dem DLR aufgebracht.<ref name="dlr_2188" />

== SHEFEX II ==
{{Hauptartikel|SHEFEX II}}
Mit der Entwicklung SHEFEX II sollten auf der facettierten Außenhaut neun verschiedene Hitzschutzsysteme getestet werden. Diese sind überwiegend Entwicklungen aus Faserkeramik der DLR-Standorte in [[Stuttgart]] und [[Köln]]. Ergänzend wurden aber auch den deutschen Raumfahrtunternehmen [[EADS Astrium]] und [[MT Aerospace]] sowie dem internationalen Partner [[Boeing]] Testflächen zur Verfügung gestellt. In den Versuchsträger wurden [[Sensor]]en eingebaut, die von der DLR-Abteilung [[Hyperschall]]technologie in Köln entwickelt wurden. Sie sollten während des Fluges Druck, [[Wärmefluss]] und [[Temperatur]] in der Nutzlastspitze messen.<ref name="dlr_10112" />

Am 22. Juni 2012 um 21.18 Uhr MESZ startete die sieben Tonnen schwere und knapp 13 Meter lange Rakete mit ihrer Nutzlast SHEFEX II vom norwegischen [[Raketenstartplatz]] [[Andøya Rakettskytefelt|Andøya]]. Die Raumkapsel SHEFEX II erreichte dabei eine Höhe von etwa 180 Kilometern. SHEFEX II flog mit einer Geschwindigkeit von 11.000 Kilometern in der Stunde (elffache Schallgeschwindigkeit) durch die Atmosphäre. Beim Wiedereintritt in die Atmosphäre überstand SHEFEX II Temperaturen von über 2.500 Grad Celsius und sendete Messdaten von den über 300 Sensoren zur Bodenstation.<ref name="dlr_4015" />

== SHEFEX III ==
Die DLR hat für 2021{{Zukunft|2021||}} das Projekt Shefex III ins Auge gefasst, das mit einer [[VSB-30]]-Trägerrakete gestartet werden und eine [[Mach-Zahl|Mach]]-5-Wiedereintrittsgeschwindigkeit erreichen soll. Ziel des Demonstrationsfluges wird die Vorführung eines autonomen Wiedereintritts und Test von Schlüsseltechnologien für künftige wiederverwendbare Boostersysteme sein.<ref>{{Literatur |Autor=Waldemar Bauer, Peter Rickmers, Alexander Kallenbach, Sven Stappert, René Schwarz |Titel=Upcoming DLR Reusability Flight Experiment |Sammelwerk=Proceedings of the International Astronautical Congress, IAC |Ort=Adelaide, Australia |Datum=2017-09-17 |Online=https://elib.dlr.de/116879/ |Abruf=2018-12-14}}</ref>

Shefex III wurde vorzeitig in der Planungsphase beendet und mit angepassten Projektzielen in die Flugmission ReFex überführt. ReFex wird aller Voraussicht nach 2026 starten.{{Zukunft|2026}}

== REX-Free Flyer (SHEFEX IV) ==
[[Datei:REX Free Flyer.jpg|mini|Konzept des REX-Free Flyers]]
Als erste Anwendung für SHEFEX, das deutsche Programm zur Entwicklung von Hyperschall- und Wiedereintrittstechnologie, ist der REX-Free Flyer vorgesehen. Das System soll als frei fliegende Plattform mit hohen Mikro-G-Werten Experimente in Schwerelosigkeit über mehrere Tage ermöglichen. Die Möglichkeit der kontrollierten Rückkehr sowie ein modularer Aufbau der Experimenteinschübe, der sich stark an Höhenforschungsraketen anlehnt, sollen den Experimentatoren einen möglichst schnellen und kostengünstigen Zugang zu ihren Experimenten ermöglichen.<ref name="Technologie" />

Auf Grund zu hoher Kosten wegen zu hoher technischer Komplexität wurde das Projekt in der Phase A beendet.

== Einzelnachweise ==
<references />

== Siehe auch ==
*[[Dragon (Raumschiff)]], amerikanische Neuentwicklung eines kostengünstigen Raumschiffes der Firma [[SpaceX]], die auf einen ablativen Hitzeschild setzt.

== Weblinks ==
*[https://web.archive.org/web/20130607033246/http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10176/372_read-4015#gallery/6380/ DLR: ''Durch die Atmosphäre mit scharfen Kanten''], mit Bilderserie. Abgerufen am 28. Juni 2012
*[https://web.archive.org/web/20120401102301/http://www.bw-feiert.de/uebermorgenmacher/die-gewinner-galerie?winner=51 Informationen zum Projektleiter Hendrik Weihs]
zu SHEFEX I:
*[https://web.archive.org/web/20140326030650/http://www.dlr.de/Desktopdefault.aspx/tabid-1278/1749_read-2188/1749_page-2/ DLR: ''Flugexperiment SHEFEX erfolgreich gestartet''. 27. Oktober 2005], abgerufen am 28. Juni 2012
zu SHEFEX II
*[http://www.elektronikpraxis.vogel.de/technologie-und-trends/articles/368977/ Peter Koller: ''Shefex II. Feuriger Flug liefert Datenflut'', aus elektronikpraxis.vogel.de]
zum REX-Free Flyer
*[https://archive.ph/20130211022837/http://www.dlr.de/bk/desktopdefault.aspx/tabid-6862/11316_read-26096/ DLR: Raumgleiter – REX-Free Flyer. Webseite des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung]
zum Startplatz:
*[https://web.archive.org/web/20140203082959/http://www.rocketrange.no/?page_id=751&campaign_id=16 Seite des Raumflughafens Andøya Rocket Range über den Start von SHEFEX II], mit zahlreichen Bildern vom Aufbau der zwei Raketenstufen, der Montage des Versuchskörpers, den Startvorbereitungen und dem Start.

[[Kategorie:Raumfähre]]
[[Kategorie:Deutsche Raumfahrt]]
[[Kategorie:Alternative Raumfahrtkonzepte]]
[[Kategorie:Wärmetechnik]]

Sharp Edge Flight Experiment - Versionsgeschichte

imported>Mantelmoewe am 14. März 2025 um 11:08 Uhr