Neue Höhenflüge in der Raketentechnik

Das Studierendenprojekt PICCARD erreicht mit seiner Hybridrakete eine Höhe von über 6 Kilometern und stellt damit einen neuen Weltrekord auf. Für den Bau ihrer Siegerrakete setzte das Team auf verschiedene 3D-Druck-Technologien wie das selektive Lasersintern.

Ein unvergesslicher Jungfernflug

Der europäische Raketenwettbewerb EUROC in Portugal letzten Oktober. In der wüstenartigen Landschaft ist eine Lautsprecherstimme zu hören: «Three…two…one…ignition!» Was folgt, ist ein Moment der Stille, der sich wie eine Ewigkeit anfühlt. Doch dann zündet das Triebwerk und die PICCARD-Rakete steigt senkrecht in den Himmel – und stellt mit einer Flughöhe von 6500 Metern einen neuen Weltrekord auf. Ein historischer Moment für die Akademische Raumfahrt Initiative Schweiz ARIS: Noch nie ist eine Hybridrakete dieser Kategorie, die von Studierenden entwickelt und konstruiert wurde, so hoch geflogen.

Beim EUROC-Wettbewerb 2021 stellte die PICCARD-Rakete einen neuen Weltrekord in der Hybrid-Kategorie auf. Bildquelle: ARIS

Bauingenieur Samuel Rütsche entwickelte einen neuen Mechanismus für die Raketenkopplung.

Raketenbau in unter einem Jahr

ARIS lanciert jedes Jahr innovative Luft- und Raumfahrtprojekte für Studierende an Schweizer Hochschulen. Das nach dem Physiker Auguste Piccard benannte Projekt 2021 hatte nicht nur die Aufgabe, in weniger als einem Jahr ARIS’ erste Hybridrakete zu bauen, sondern damit auch einen internationalen Raketenwettbewerb zu gewinnen. Samuel Rütsche war einer der 50 passionierten Studierenden, die genau darauf hinarbeiteten. «In mehrmonatiger Arbeit haben wir dieses Ziel in eine 6 Meter lange und 100 Kilogramm schwere Rakete, eine Füllstation und eine Bodenkontrollstation umgesetzt», berichtet Samuel.

Ein innovativer Kopplungsmechanismus

Als Bauingenieur war Samuel für die Entwicklung eines neuen Kopplungsmechanismus verantwortlich, der für die Verbindung der verschiedenen Raketensegmente erforderlich ist. Nach dem Aufrichten der Rakete und dem Befüllen des Tanks wird der Füllstutzen kurz vor dem Start herausgezogen. «Da wir nicht wollten, dass ein Loch in der Seite der Rakete entsteht, habe ich eine Luke entwickelt, die sich automatisch schliesst, wenn der Füllstutzen entfernt wird», erklärt Samuel. Diese Luke ist eines der Elemente, die die Studierenden mit Hilfe von 3D-Druck-Technologien realisiert haben.

Diverse Raketenbauteile wurden auf dem Sintratec S2 System mit robustem PA12-Material lasergesintert. Danach wurden die SLS-Teile mit dem Lukendeckel der Rakete verklebt und verschraubt.

Ein lasergesintertes Lukenscharnier

Um ihre Konzepte schnell entwickeln und testen zu können, setzte Team PICCARD auf FDM-Prototypen. Für anspruchsvollere Strukturteile, wie das Scharnier der Luke, erwies sich selektives Lasersintern (SLS) als die bessere Lösung. «SLS kann sehr gut in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden, da es sehr leichte Komponenten ermöglicht und mehrere Funktionen in einem Teil integriert werden können», betont Samuel. Sintratec produzierte und sponserte daraufhin die benötigten PA12-Nylonteile. Gemäss Samuel sind «die Materialeigenschaften der Sintratec-Teile (fast) isotrop und haben eine bessere Temperaturbeständigkeit als unsere FDM-Drucker.» Ein entscheidender Vorteil, wenn man die extremen Bedingungen bedenkt, unter denen die Komponenten funktionieren müssen.

Nachdem die Teile mit der Luke montiert wurden, funktionierte der Mechanismus wie geplant und sorgte für eine glatte Aussenhülle der Rakete während des Lift-offs. «Dies stellte sicher, dass unsere Rakete nicht einfach in der Sonne zerschmolz und trug so zum erfolgreichen Start im Oktober bei», resümiert Samuel.