Im November soll das IXV von einer Vega-Trägerrakete auf eine suborbitale Reise katapultiert werden. 320 Kilometer oberhalb des Weltraumbahnhofs Kourou in Französisch-Guayana wird sich das mit Sensoren vollgestopfte Raumschiff von der Rakete lösen und weiter steigen - bis auf eine Höhe von rund 450 Kilometern. Von diesem Scheitelpunkt aus stürzt der rund zwei Tonnen schwere Flugkörper von der Größe eines Kleinwagens wieder zur Erde zurück. Dabei beschleunigt er auf ein Tempo von gut 27.000 Kilometern pro Stunde.

1.600 °C bei 27.000 km/h

Sobald das IXV mit dieser Geschwindigkeit auf die obersten Schichten der Atmosphäre trifft, bricht die Hölle los: Mehr als 20 Minuten lang muss der Hitzeschild Temperaturen von über 1.600 °C standhalten, um zu verhindern, dass sich der ESA-Hoffnungsträger in einen "Meteoritenregen" auflöst. Ebenso wichtig ist es, dass in diesem Inferno aus Hitze und Vibrationen die Steuerung des Raumfahrzeugs einwandfrei funktioniert: Lassen sich die erforderlichen Manöver nicht wie berechnet ausführen, drohen dem Gleiter die gleichen Konsequenzen wie bei einem unzureichenden Hitzeschutz.

Architekt des Intermediate eXperimental Vehicle ist Thales Alenia Space - Italy (TAS-I). Für dieses Projekt hat TAS-I rund 20 Subunternehmen unter Vertrag genommen, darunter auch SABCA (Société Anonyme Belge de Constructions Aéronautiques), einen belgischen Luft- und Raumfahrtspezialisten. "Bislang müssen wir in Europa viel technisches Know-how für Wiedereintrittssysteme hinzukaufen", erläutert SABCA-Projektleiter Didier Verhoeven. Vor diesem Hintergrund seien Projekte wie das IXV enorm wichtig, um den Europäern für die Zukunft mehr Unabhängigkeit in der Raumfahrt zu sichern. "Die für die Wiedereintrittsphase geplanten Versuche und die aus den Flügen gewonnenen Erkenntnisse werden uns dabei helfen, unsere Position als bedeutender Player in diesem strategisch wichtigen Bereich zu stärken", ist Verhoeven überzeugt.

70 kN zum Lenken

In ihrer Fabrik in Haren unweit von Brüssel haben Verhoeven & Co. unter anderem die Aktuatoren gebaut, die die Steuerung der Klappen am Heck des IXV sicherstellen sollen. Diese Klappen müssen nicht nur schnell und hochpräzise, sondern auch extrem robust und zuverlässig sein. Beispielsweise ist es erforderlich, dass beide Klappen jeweils mit einer Kraft von rund 35 Kilonewton ihre definierten Positionen halten, damit die Drohne in jeder Phase des Wiedereintritts auf der gewünschten Bahn durch die Atmosphäre rast.

Die von SABCA entwickelten Aktuatoren werden mit Hilfe von Computern und Elektromotoren gesteuert bzw. angetrieben. "Die von uns für das IXV gebauten Aktuatoren haben ihre Wurzeln in einer Sonderkonstruktion", so Didier Verhoeven, Projektleiter bei SABCA: "Im Prinzip entstammen sie der Schubvektorsteuerung, die wir bereits für den Antrieb der ZEFIRO-Düsen in der Vega-Trägerrakete entwickelt hatten. Diese Steuerung haben wir nun an die Erfordernisse des IXV angepasst."

Hintergrund dieses Ansatzes war ursprünglich der begrenzte Etat: Aus Kostengründen galt es, möglichst viele vorhandene Komponenten wiederzuverwenden. Inzwischen setzen sich mechatronische Lösungen in der Raumfahrttechnik aber ohnehin immer mehr durch. "In der Zeit, als wir an der Ariane-5-Trägerrakete gearbeitet haben, waren noch die hydraulische Stellantriebe das Mittel der Wahl", erinnert sich Verhoeven. "Heute lässt sich in der Luft- und Raumfahrtindustrie jedoch ein deutlicher Trend hin zu elektromechanischen Aktuatoren beobachten. Ergo haben wir diese Lösung nicht nur für die Vega-Rakete, sondern auch für das IXV gewählt."

Multitalent von SKF

Kern dieser elektromechanischen Aktuatoren sind hochleistungsfähige Rollengewindetriebe. Dass SABCA und Verhoeven dabei auf ein Produkt aus dem Hause SKF vertrauen, ist das Ergebnis einer maßgeschneiderten Entwicklung: "Die Ingenieure von SKF haben den Rollengewindetrieb so ausgelegt, dass er exakt unseren Anforderungen entspricht. Wir gehen also davon aus, dass er den enormen Vibrationen standhält, schnell und akkurat arbeitet und dabei hilft, die Klappen optimal in Position zu bringen", so Verhoeven. "Denn Robustheit, Kraft, Schnelligkeit und Präzision sind von entscheidender Bedeutung, um während der Wiedereintrittsphase durch symmetrische beziehungsweise asymmetrische Verstellung der Klappen für den richtigen Neigungs- beziehungsweise Rollwinkel des IXV zu sorgen." Das bedeutet auch: Obwohl es sich bei den SKF Rollengewindetrieben um vergleichsweise kleine Teile des gesamten Systems handelt, müssen sie im Herzen der Aktuatoren doch eine extrem verantwortungsvolle Aufgabe erfüllen.

Zur anspruchsvollen Aufgabe der Linearantriebe gehört - so paradox es klingen mag - auch deren absolute Bewegungslosigkeit. Tatsächlich spielt das "Bremssystem" der Aktuatoren bereits beim Start der Rakete eine bedeutende Rolle: Die Halterungsfedern dieses Systems müssen so beschaffen sein, dass sie den enormen Vibrationen insbesondere beim Zünden der Triebwerke standhalten. Weder beim Abheben von der Erde noch im All darf es zu einer sogenannten "Kaltverformung" kommen, die womöglich das Lösen der Bremse verhindert - und damit später, beim Wiedereintritt in die Atmosphäre, dazu führt, dass die Klappen ihre nun unverzichtbare Beweglichkeit einbüßen.

1000-fach geprüft

Projektleiter Verhoeven ist indes guter Dinge: "Wir haben die Bremse mit einem speziellen Fett geschmiert und sie dann in über 1.000 Testzyklen unter Vakuumbedingungen geprüft. Es gab keinen einzigen Fall von Kaltverformung." Außerdem seien die Aktuatoren samt Bremsen von 2013 bis Anfang 2014 vielen weiteren Klima-, Vakuum-, Schock- und Schwingungstests unterzogen worden, ohne dass dabei ernstzunehmende Probleme auftauchten.

Am Starttag wird Didier Verhoeven sicher trotzdem mit erhöhtem Puls gen Himmel blicken und sämtliche verfügbaren Infos aus dem Kontrollzentrum gespannt verfolgen. Rund 100 Minuten lang werden die ESA-Experten so viele Daten wie möglich sammeln, bevor das Intermediate eXperimental Vehicle im pazifischen Ozean wassert. "Wir sind stolz, an diesem Projekt beteiligt zu sein. Es ist der erste Schritt auf einem sehr langen Weg, an dessen Ende hoffentlich eine europäische bemannte Weltraummission und deren sichere Rückkehr zur Erde steht", so Verhoeven abschließend. Deshalb müsse das mit den Klappen - auch mit Hilfe von SKF - unbedingt klappen. kf