Dieser Vortrag bietet eine detaillierte Übersicht über die ingenieurwissenschaftlichen Projekte des TU Wien Space Teams, einer studentischen Luft- und Raumfahrtvereinigung. Die Präsentation gliedert sich in drei Kerninitiativen: Feststoff- und kryogene Flüssigkeitsraketensysteme, die Entwicklung des 1U-CubeSats STS-1 sowie die Konstruktion einer brennstoffzellenbetriebenen Langstrecken-Drohne für das Projekt Across Austria.
Im Bereich der Feststoffraketen wird das Höhenrekordprojekt Hound (Ziel: 100 km Kármán-Linie) analysiert, das nach aerodynamischer Instabilität und Fallschirmversagen bei Mach 4–5 eingestellt wurde. Das Nachfolgeprojekt im Bereich Flüssigkeitstriebwerke (LAMA) nutzt ein druckgasgefördertes Triebwerk mit Flüssigsauerstoff (LOX) und Ethanol, gesteuert über einen koaxialen Pintle-Injektor und getestet auf dem hochschuleigenen 24-kN-Prüfstand Franz. Der Einsatz bei der European Rocketry Challenge (EuRoC) in Portugal demonstrierte einen ballistischen Flug bis auf 5,3 km Apogäum. Der Nanosatellit STS-1 dient als weltraumgestütztes Bildungslabor auf Basis eines Raspberry-Pi-Computersystems im 500-km-LEO, dessen Start mit der Trägerrakete von Isar Aerospace vertraglich fixiert ist. Das Drohnenprojekt evaluiert den Einsatz einer 350-bar-Wasserstoff-Brennstoffzelle zur Realisierung einer autonomen Flugroute von Innsbruck nach Wien entlang definierter Geländekorridore.
Wichtigste Punkte & Zeitstempel
0:00 Organisationsstruktur & Vereinsfokus: Vorstellung des TU Wien Space Teams als interdisziplinäre studentische Plattform für praktische Raumfahrttechnik mit über 100 absolvierten Raketenstarts seit 2010.
3:27 Feststoffantriebe & Kármán-Ambition (Projekt Hound): Technische Spezifikation der zweistufigen, 4 Meter langen und 20–30 kg schweren Höhenforschungsrakete Hound zur Erreichung der Kármán-Linie (100 km).
5:22 Passive Flugstabilisierung: Verzicht auf aktive Flugregelung (Canards/Gimbal) zur Einhaltung zivilrechtlicher Bestimmungen und Vermeidung militärischer Rüstungsklassifizierungen.
6:09 Flugtestkampagnen im Black Rock Desert: Durchführung von Suborbitalflügen in Nevada (USA) für Höhen bis zu 200 km aufgrund fehlender europäischer Startkorridore über Land.
9:32 Aerodynamische Instabilität & Strukturbruch: Ursachenanalyse des Missionsverlusts von Hound; Roll-Nick-Kopplung (Korkenzieher-Taumeln) nach Stufentrennung führte zur Notfall-Fallschirmauslösung bei Überschallgeschwindigkeit (Mach 4–5) mit Totalabriss des Bergungssystems.
13:08 Bi-Liquid-Antriebskonzept (Projekt LAMA): Umstellung von Distickstoffmonoxid ($N_2O$) auf kryogenen Flüssigsauerstoff (LOX) und Ethanol zur Steigerung des spezifischen Impulses ($I_{sp}$).
14:53 Druckgefördertes Einspritzsystem: Druckgasförderung über Stickstoff ($GN_2$) bei 300 bar Betriebsdruck zur Speisung von Brennkammer und Injektorsystem.
16:01 Prüfstand Franz & Pintle-Injektor-Design: Triebwerksprüfstand bis 24 kN Schubkapazität; Integration eines zentrisch einspritzenden Ethanol-Zerstäubers mit ringförmig ummanteltem LOX-Film.
18:56 Kryogene Testprotokolle: Qualifikationsschritte mittels Wasser-Cold-Flow, LOX-Tieftemperatur-Cold-Flow zur Überprüfung von Ventilvereisungen und finalen statischen Heißlauftests (Hot Fires).
22:22 Eigene Avionik- & Prüfstandsautomatisierung: Vollständige Eigenentwicklung von Flugcomputern, Druckregelkreisen und automatisierter Kontrollraum-Software.
23:08 EuRoC Portugal Kampagne: Wettbewerbsteilnahme mit Erreichen einer Gipfelhöhe von 5,3 km (unterhalb des 9-km-Ziels infolge behördlich reduzierter Betankung); Bergungsschäden an Leitwerk und Brennkammer durch inkomplette Hauptfallschirmentfaltung.
28:36 CubeSat-Projekt STS-1: 1U-Formfaktor (10x10x10 cm) für den erdnahen Orbit (LEO, ~500 km); Sekundärnutzlast für Schüler-Codeausführung via Raspberry Pi inklusive Seibersdorf-Strahlungsdosimeter, Magnetometer und Kamerasystem.
31:06 Systemarchitektur STS-1: Dreiteilung in COBC (zentraler On-Board-Computer/Telemetrie), EPS (Energieversorgung/Solarmodule/Batteriemanagement) und EDO (Experiment-Payload).
32:25 Kommunikationsfenster & Antennendesign: Bodenstationsanbindung via TU Wien (SatNOGS-kompatibel) mit zwei täglichen Überflugfenstern von je 5,5–6 Minuten; Monopol/Dipol-Entfaltung über federnden Bandmaßstahl per Schmelzdrahtauslösung.
35:14 Startintegration Isar Aerospace: Startbindung an den zweiten Testflug der orbitalen Trägerrakete von Isar Aerospace nach Verzögerungen und Startabbrüchen.
37:48 Autonome Drohne Across Austria: Geplante autonome Durchquerung Österreichs (Innsbruck–Wien) innerhalb eines 120-m-AGL-Flugkorridors unter Vermeidung von Siedlungen und Autobahnen.
39:27 Autopilot & Sensorfusion: Steuerung über kommerziellen Flight-Controller mit GNSS, IMU und integriertem ADS-B-Empfänger.
40:28 Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb: Einsatz von gasförmigem Wasserstoff ($H_2$) bei 350 bar (150 g Kraftstoffgewicht bei 3,5 kg Tanksystemmasse) zur Sicherstellung der erforderlichen Energiedichte bei strikter Einhaltung der Abfluggewichtslimits.
41:51 Boxwing-Aerodynamik: Konstruktion eines geschlossenen Flügelkonzepts (Boxwing) zur Reduzierung des induzierten Widerstands; Verwerfen des Konzepts zugunsten konventioneller Flügelgeometrien nach Stabilitätsverlust beim Erstflug.
Diskussions-Highlights
46:09 Startregularien in Österreich: Raketenstarts über Land sind in Österreich aufgrund dichter Besiedlung, Agrarnutzung und Luftraumrestriktionen nahezu unmöglich; Starts beschränken sich auf ESA-Bildungsprogramme (ESERO) oder internationale Testgelände.
48:25 Thermalkontrolle im LEO: Strahlung stellt im 500-km-Orbit dank Erdmagnetfeld ein untergeordnetes Risiko dar; primäre Ausfallursache ist das Unterschreiten der minimalen Batterietemperatur (-20 °C) während der Schattenphasen des Orbits.
50:00 Weltraummüll-Zertifizierung & De-Orbiting: STS-1 verfügt über keinen aktiven Antrieb; der passive Wiedereintritt durch atmosphärische Restreibung und vollständiges Verglühen erfolgt gemäß Zulassung innerhalb von maximal fünf Jahren.
Glossar
1U-CubeSat: Standardisiertes Kleinsatellitenformat mit den Kantenmaßen $10 \times 10 \times 10\text{ cm}$ und einer Masse von ca. 1 bis 1,3 kg.
ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast): System der Luftraumüberwachung, bei dem Flugzeuge Positions- und Statusdaten ungerichtet auf 1090 MHz abstrahlen.
AGL (Above Ground Level): Höhenangabe relativ zur tatsächlichen Geländeoberkante.
Apogäum: Der erdfernste bzw. höchste Punkt einer ballistischen Flugbahn oder Umlaufbahn.
Boxwing: Flugzeugkonfiguration mit verbundenen Tragflächen (geschlossenes Flügelsystem), die den induzierten Luftwiderstand an den Randbögen minimieren soll.
Cold Flow: Systemtest von Raketentriebwerken mit nicht-reaktiven Fluiden (z. B. Wasser oder flüssigem Stickstoff) zur Überprüfung von Dichtigkeit, Druckverlusten und Durchflussraten ohne Zündung.
COBC (Central On-Board Computer): Primärer Steuerungsrechner eines Satelliten zur Überwachung von Teilsystemen, Telemetrie und Orbitallogik.
Drogue Chute: Kleiner Brems- oder Hilfsfallschirm, der bei hoher Geschwindigkeit zur ersten Stabilisierung dient und das Hauptschirmsystem herauszieht.
EPS (Electrical Power System): Subsystem eines Satelliten zur Energiegewinnung (Solarzellen), -speicherung (Akkumulatoren) und -verteilung.
EuRoC (European Rocketry Challenge): Jährlicher europäischer Hochschulwettbewerb für Experimentalraketen in Portugal.
Hot Fire: Stationärer Triebwerkstest mit realer Zündung aller Treibstoffkomponenten zur Messung von Schub, Druckverlauf und Temperatur.
Kármán-Linie: International definierte Grenze zum Weltraum in 100 km Höhe über dem Meeresspiegel.
LEO (Low Earth Orbit): Erdnaher Orbit in einer Höhe zwischen etwa 160 und 2000 Kilometern.
LOX (Liquid Oxygen): Kryogener, flüssiger Sauerstoff (Siedepunkt: -183 °C bei Normaldruck), der als Oxidator in Flüssigkeitsraketen dient.
Mach-Zahl: Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit zur lokalen Schallgeschwindigkeit ($Mach\ 1 \approx 343\text{ m/s}$ in Luft bei 20 °C).
Pintle-Injektor: Koaxiales Einspritzventil für Raketentriebwerke, bei dem ein Treibstoff zentrisch über einen Dorn zerstäubt und vom zweiten Treibstoff kegelförmig umschlossen wird.
Roll-Nick-Kopplung (Corkscrew/Taumeln): Dynamische Fluginstabilität von Raketen, bei der sich Roll- und Nickbewegungen überlagern und zu einer unkontrollierbaren spiralförmigen Flugbahn führen.
SatNOGS: Globales Open-Source-Netzwerk von Amateurfunk-Bodenstationen zum Empfang von Kleinsatellitensignalen.