CFK-Tanks für die nächste Generation der Nixus-Rakete

Das Forschungsprojekt Nixus

Das Forschungsprojekt Nixus ist ein Schlüsselprojekt der WARR Rocketry, der Wissenschaftlichen Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt e.V. an der Technischen Universität München. WARR Rocketry ist die älteste studentische Raumfahrtgruppe Europas und vereint mehr als 150 Studierende verschiedenster Fachrichtungen.

Nixus ist eine biliquide, kryogene Höhenforschungsrakete, die mit Flüssigsauerstoff (LOX) und Ethanol betrieben wird. Ziel ist es, bei internationalen Wettbewerben wie dem European Rocketry Challenge (EuRoC) eine Zielhöhe von 9.000 Metern so präzise wie möglich zu erreichen – eine besondere technische Herausforderung, die exakte Massenberechnung, Treibstoffdosierung, Aerodynamikoptimierung und eine präzise Flugregelung erfordert.

Neben dem Wettbewerbsziel verfolgt das Projekt eine klare Forschungs- und Ausbildungsmission: Es ermöglicht Studierenden, komplexe Raumfahrttechnologien praktisch zu entwickeln und umzusetzen – von der Konstruktion und Fertigung über den Testbetrieb bis hin zur Datenanalyse nach dem Flug. Der Name „Nixus“ leitet sich von der mythologischen Figur Nixus ab und steht sinnbildlich für Antrieb, Dynamik und den unermüdlichen Drang, neue Höhen zu erreichen.

Für die strukturelle Überwachung der CFK-Tanks und der damit verbundenen mechanischen Belastungen kommen Dehnungsmessstreifen vom Typ BFRAB-5-5-5LJCT-F von Althen zum Einsatz. Dieser Folien-Dehnungsmessstreifen zeichnet sich durch seine kompakte Bauform, hohe Messgenauigkeit und Temperaturkompensation aus, wodurch er sich ideal für den Einsatz unter den extremen Bedingungen eines Raketenstarts eignet. Die robuste Konstruktion erlaubt den Betrieb bei starken Vibrationen, hohen Beschleunigungen und deutlichen Temperaturschwankungen, wie sie bei kryogenen Antrieben auftreten. Im Projekt Nixus werden die Messstreifen gezielt an hochbelasteten Bereichen der CFK-Tankstruktur angebracht, um während der Tests präzise Daten über Dehnungen, Spannungen und potenzielle Strukturverformungen zu erfassen. Diese Informationen sind entscheidend, um das Design weiter zu optimieren, Materialreserven zu erkennen und die langfristige Zuverlässigkeit der Tanks zu gewährleisten.

Technische Schwierigkeiten

Im Laufe der Tests traten jedoch wiederholte technische Schwierigkeiten auf, insbesondere im Hinblick auf die Dichtheit und strukturelle Stabilität unter kryogenen Bedingungen. Trotz mehrerer Optimierungsversuche konnte das reine CFK-Design nicht zuverlässig in die angestrebte Betriebsreife überführt werden.

Um dennoch am Wettbewerb teilnehmen zu können und den Flugbetrieb sicherzustellen, entschied sich das Team schweren Herzens, auf eine Aluminium-CFK-Hybridlösung zurückzugreifen. Dabei übernimmt eine Aluminiumstruktur die Primärlastaufnahme, während CFK-Elemente für Gewichtseinsparung und zusätzliche Festigkeit sorgen. Diese Variante erwies sich als praxistauglich und bildete die Basis für den erfolgreichen EuRoC-Start.

Parallel zu dieser Zwischenlösung wurde die Entwicklung des reinen CFK-Tanks nicht aufgegeben, sondern gezielt weiterverfolgt – mit dem Ziel, im nächsten Wettbewerb als erstes europäisches Studierendenteam einen funktionsfähigen, reinen CFK-Tank zu fliegen.

Ausblick – Motivation & nächste Schritte

Der klare Erfolg von Nixus und EuRoC beflügelt uns, als erstes europäisches studentisches Team im kommenden Jahr erneut CFK-Tanks in einer Rakete einzusetzen – mit gesteigerter Robustheit und erweiterter Mess- und Strukturtechnik und natürlich einem völlig neuen, innovativen Tank.