Nachdem im Februar 2020 das Gerüst von TS-02 mit mehreren Hot-Fire-Triebwerkstests eingeweiht wurde, bei denen die restliche Hardware von TS-01 mit dem neuen Triebwerk “Amalia” kombiniert wurde, war diese Testserie damit beendet. Das Triebwerk wurde für die Verwendung mit dem Oxidator Lachgas konzeptioniert und wird in modifizierter Form µHoubolt antreiben. Bis jetzt wurden die Hot-Fire-Tests mit einem Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff durchgeführt, dessen Performance ähnlich zu gasförmigem Lachgas ist, bei gleichzeitig einfacherer Handhabung und geringerem Risiko und Kosten. Dafür waren nur kleine Modifikationen am Triebwerk nötig.
Das folgende Video zeigt einen der letzten Testläufe mit diesem Oxidator:
Nach diesen Tests wurde der Teststand bis aufs Gerüst zerlegt und die Tanks, Verrohrung, Ventile und Elektronik neu aufgebaut um zur aktuellen Version von TS-02 zu gelangen. Das war nötig, da sich die Anforderungen an das Oxidatorsystem durch den Umstieg auf den druckverflüssigten Oxidator deutlich von denen des alten Systems unterscheiden. Das Brennstoffsystem wurde auch mit dem Einbau von qualitativ höherwertigeren Komponenten erneuert, um die Zuverlässigkeit und Flexibilität zu erhöhen. Das Foto rechts zeigt den Teststand nach den Umbauten.
Zusätzlich musste ein Betankungssystem gebaut werden, um das druckverflüssigte Lachgas unter Druck von einer handelsüblichen Gasflasche in den Oxidatortank am Teststand zu befördern und auf die richtige Temperatur zu bringen.
Nach vielen Systemtests wurde in den letzten Monaten die Betankungsanlage und ihr Zusammenspiel mit dem Teststand geprüft und verbessert. Als günstiger und sicherer Ersatz für Lachgas wurde für diese Tests auf CO2 zurückgegriffen, das als ebenfalls druckverflüssigtes Gas mit ähnlichem kritischen Punkt den thermodynamischen Eigenschaften von Lachgas ähnelt.
Nach einem langen Kampf gegen Softwarebugs sowie undichten Leitungen und klemmenden Ventilen, konnte der Teststand schließlich vorige Woche in unseren Test-Container gestellt werden, um Cold-Flow-Testläufe (Tests mit nicht-brennbarer Treibstoffkombination und/oder ohne Zündung) unter realistischen Bedingungen durchführen zu können. Dabei wurde nicht nur der Teststand selbst, sondern auch Arbeitsabläufe, Checklisten und Sicherheitsvorkehrungen erprobt. So konnten dann vier Testläufe durchgeführt werden, ein Zusammenschnitt ist in folgendem Video zu sehen:
Die Tests waren ein voller Erfolg und es konnten wertvolle Erkenntnisse für die Zukunft gewonnen werden. Ein Teil der aufgezeichneten Druckdaten ist in folgender Abbildung zu sehen, es wurden die Datensätze der vier Einzeltests übereinandergelegt. Die Messwerte haben bemerkenswert wenig Varianz über alle vier Testläufe. Die Abweichungen die bei dem Sensor “fuel tank” sichtbar sind, sind erwartet, da das Bedrucken des Brennstofftanks durch den sinkenden Druck der Druckgasversorgung nicht konstant gehalten werden kann – dieser Druckabfall ist allerdings innerhalb unserer erlaubten Parameter und stellt somit kein Problem dar. Diese Tests sprechen für die Zuverlässigkeit und Präzision des Teststands, der Betankungshardware, sowie unserer Soft- und Firmware.
Basierend auf den Ergebnissen dieses Testtages ist noch ein weiterer Cold-Flow-Test geplant um Prozeduren und Einstellungen die nach dem letzten Test geringfügig optimiert wurden zu validieren und ideal auf die, in einigen Wochen stattfindenden, ersten Hot-Fire-Tests mit Lachgas vorbereitet zu sein. Die Ergebnisse dieser Tests wiederum werden genutzt, um das Design des Antriebssystems von µHoubolt zu finalisieren um mit der Fertigung von Komponenten beginnen zu können.