Pionierarbeit im All: 3D-Druck Raketentriebwerk aus Kupfer

Das Projekt PEGASUS ist ein ambitioniertes Fokusprojekt der ETH Zürich in Zusammenarbeit mit der Akademischen Raumfahrt Initiative Schweiz (ARIS). Ihr Ziel ist wegweisend: Die Entwicklung eines Rotating Detonation Rocket Engines (RDRE), das mit flüssigem Propan und Sauerstoff betrieben wird. Wir unterstützen dieses Vorhaben als spezialisierter Fertigungspartner für die hochkomplexen Triebwerkskomponenten aus Kupferlegierungen.

Revolution in der Raumfahrt: Die technologische Herausforderung

RDREs stellen einen Paradigmenwechsel dar. Durch eine effizientere Verbrennung ermöglichen sie signifikante Leistungssteigerungen gegenüber herkömmlichen Triebwerken. Damit diese Technologie praxistauglich wird, ist der Betrieb mit flüssigen Treibstoffen zwingend erforderlich. Dies stellt eine massive technische Herausforderung dar, die weltweit bisher nur drei Nationen gemeistert haben. PEGASUS tritt an, um die Schweiz als viertes Land auf diese exklusive Liste zu setzen.

Die größte Hürde liegt in den immensen thermischen und mechanischen Lasten der rotierenden Detonation. Damit das Triebwerk stabil arbeitet, muss das Material extremen Bedingungen standhalten. Dies ist nur durch hochleistungsfähige Kupferlegierungen (HOVADUR® CNCS) in Kombination mit einer aktiven Kühlung realisierbar. Die Fertigung solch feingliedriger Kühlstrukturen stößt mit konventionellen Methoden jedoch schnell an ihre Grenzen.

Präzision durch Metall-3D-Druck

Um dieses Ziel zu erreichen, nutzt Feramic den Metall-3D-Druck (Laser Powder Bed Fusion), um Geometrien zu formen, die für die Kühlung und Treibstoffdistribution unabdingbar sind. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der präzisen Verarbeitung der Kupferlegierung HOVADUR® CNCS.

HOVADUR® CNCS ist eine ausscheidungshärtbare Kupfer-Nickel-Silizium-Legierung mit Chromzusatz. Sie überzeugt insbesondere durch:

• Sehr hohe Wärmeleitfähigkeit: ca. 190–240 W/mK für effizientes Temperaturmanagement.
• Hohe Festigkeit: Zugfestigkeit (Rm) ≥ 650 MPa.
• Geometrische Freiheit: Realisierung komplexer Kühlkanäle, die konventionell nicht fertigbar wären.
• Integrierte Funktionalität: Direkte Integration der Injektor-Treibstoffkanäle in die Struktur.

Agile Zusammenarbeit für den Erfolg

Innerhalb nur eines Monats identifizierten wir in einer intensiven gemeinsamen Entwicklungsphase die optimalen Druckparameter für HOVADUR® CNCS. Das Resultat sind hochpräzise Triebwerksteile, die derzeit in der Testphase sind, um die kontrollierte Detonation zu realisieren.

"Die schnelle Kommunikation und die hohe Adaptivität von Feramic ermöglichten eine präzise Fertigung unserer Bauteile, die alle Anforderungen vollständig erfüllen."
Mattia Röösli, Team PEGASUS (ARIS / ETH Zürich)

Dank der additiven Fertigung erweist sich der Metall-3D-Druck als essenzieller Baustein für den Erfolg dieser Schweizer Weltraum-Mission.