Sierra Space und Agile Space arbeiten am bisher größten Bi-Prop-Hydrazin-Triebwerk für die Raumfahrt

Agile Space Industries, ein Spezialist in der additiven Fertigung, hat den experimentellen Vorbrenner AX19 für Sierra Space in 19 Wochen entworfen, entwickelt, hergestellt, getestet und ausgeliefert.

Dieses Projekt stellt vermutlich einen öffentlichen Rekord auf, da es sich um die erste Entwicklung und Anwendung eines hydrazinreichen Vorbrenners in einem Motor handeln könnte. Der erste Prototyp zeigte eine stabile Leistung über einen Drosselbereich von 6:1 mit hoher Verbrennungseffizienz, was die Fähigkeit von Agile Space unterstreicht, in Rekordzeit neue Technologien zu entwickeln.

Große, effiziente Raketentriebwerke, wie sie in größeren Raumfahrzeugen verwendet werden, benötigen eine Energiequelle, um die Pumpen anzutreiben, die die Treibstoffe aus den Tanks unter niedrigem Druck in den für den Motorbetrieb erforderlichen hohen Druck umwandeln. Der AX19-Vorbrenner erleichtert dies, indem er den gesamten Hydrazintreibstoff des Motors mit einem Teil des MON-3-Oxidators des Motors kombiniert, um Hydrazin in hauptsächlich Wasserstoff, Ammoniak, Stickstoff und Wasser zu zerlegen. Dieses heiße Gas treibt die Hochdruckpumpen des Motors an.

Hydrazin ist ein Monotreibstoff, der keine Oxidationsmittel zur Verbrennung benötigt. Beim Entwurf eines treibstoffreichen Vorbrenners ist dies eine Herausforderung, da eine partielle Verbrennung wie bei Kerosin-, Methan- oder Wasserstoffmotoren nicht möglich ist. Der AX19 wurde so konzipiert, dass er so wenig Katalysator wie möglich verwendet und dennoch eine stabile Verbrennung aufrechterhält. Zuerst wird ein kleiner Teil des Hydrazins in einem Katalysatorreaktor zersetzt und dann als heißes Gemisch aus Ammoniak, Stickstoff und Wasserstoff in die Hauptbrennkammer des Vorbrenners geleitet. Gleichzeitig wird der verbleibende flüssige Hydrazinanteil in die Brennkammer injiziert, wo er zusammen mit dem Oxidator vollständig verbrennt.

Der AX19-Vorbrenner wurde im Oktober 2022 in Durango, Colorado, auf Agiles Animas-Teststand erfolgreich als eigenständige Komponente getestet. Nach den Erstläufen wurde er an Sierra Space zur weiteren Prüfung übergeben und im ersten und zweiten Quartal 2023 sowohl eigenständig als auch gekoppelt am vollständigen VRM-5500H Motor erfolgreich betrieben. Diese Tests deckten den gesamten Drosselbereich ab und bestätigten die stabile Funktion des Vorbrenners und den erfolgreichen Betrieb des VRM5500-H Motors.

Dieses Projekt zeigt das Potenzial und die Effizienz von Agile Space bei der Entwicklung bahnbrechender Technologien im Bereich der Raumfahrt und unterstreicht die Bedeutung von Innovationen in der Raketentriebwerkstechnologie.