TU Dresden testet wassergekühltes Umlauf-Detonationstriebwerk für Europas Raumfahrt
Am 26.09.2026 arbeitet die TU Dresden an einem Triebwerk, das sich nicht mit einer ruhigen Flamme zufriedengibt: In einer ringförmigen Brennkammer rasen Detonationswellen herum, verdichten und erhitzen das Treibstoff-Oxidator-Gemisch und zünden es mit Überschallgeschwindigkeit. Gemeinsam mit ArianeGroup und dem DLR haben Wissenschaftler eine wassergekühlte Umlauf-Detonationsraketenbrennkammer entwickelt.
Das Forschungsprojekt heißt „Numerical and Experimental Demonstration Study for Engines using Rotating Detonation“, kurz NEDSERD. In Lampoldshausen liefen dazu zwei erfolgreiche Testkampagnen. Nach Angaben der Projektpartner ist die Anlage Deutschlands erste wassergekühlte Umlauf-Detonationsraketenbrennkammer und Europas erste aktiv gekühlte Wasserstoff-Sauerstoff-Umlauf-Detonationsraketenbrennkammer.
Mehr Druck, weniger Gewicht
Bei einem Rotating Detonation Rocket Engine (RDRE) verbrennt das Gemisch aus Treibstoff und Oxidator nicht einfach kontinuierlich bei annähernd gleichbleibendem Druck, wie es bei herkömmlichen Raketentriebwerken üblich ist. Eine oder mehrere Stoßwellen laufen ununterbrochen durch die Brennkammer. Sie verdichten, erhitzen und zünden das Gemisch. Das klingt brachial – und ist es im Inneren vermutlich auch.
Theoretisch könnten solche Triebwerke Treibstoffe effizienter nutzen, leichter und kompakter ausfallen, den Verbrauch senken, die Nutzlastkapazität erhöhen und Startkosten reduzieren. Die kontinuierliche Detonation verspricht außerdem kompaktere und leichtere Brennkammern. Der Haken: hohe thermische Belastungen sowie ein stabiler und reproduzierbarer Betrieb sind bislang nicht selbstverständlich.
In der ersten Kampagne untersuchte das Team eine ungekühlte RDRE des DLR. Thermoelemente bestimmten die Wärmelasten entlang der axialen Richtung. Auf dieser Grundlage entstand ein größeres, additiv gefertigtes Triebwerk. In der zweiten Kampagne kamen zusätzlich koaxiale Thermoelemente und kalorimetrische Messungen über das Kühlsystem zum Einsatz. Gemessen wurden Temperatur und Wärmestrom mit drei Verfahren.
Die wassergekühlte Brennkammer lief in neun Testläufen insgesamt etwa 80 Sekunden; einzelne Brennphasen dauerten bis zu zehn Sekunden. Der Kühlmantel ermöglichte damit längere Betriebszeiten und Messdaten aus dem stationären Betrieb. Gerade für die Treibstoffkombination Wasserstoff und Sauerstoff waren solche Daten nach Angaben der Partner bislang nicht verfügbar. Europäische RDREs waren meist ungekühlt und deshalb nur wenige Sekunden testbar – genaue Wärmestromdaten unter stationären Bedingungen fehlten.
Die Dresdner Versuche zeigen, dass eine additiv gefertigte, wassergekühlte RDRE über längere Zeit stabil betrieben werden kann. Damit werden detaillierte Untersuchungen des Betriebsverhaltens und später auch praktische Anwendungen solcher Triebwerke möglich. Ein numerisches Modell koppelt die Heißgasströmung mit der umlaufenden Detonationswelle, der Strömung in den Kühlkanälen und der Struktur der RDRE. Es soll Wärmelasten und Temperaturverteilungen vorhersagen. NEDSERD untersucht außerdem Systemintegration und Einsatzszenarien bei verschiedenen Betriebspunkten.
Finanziert wird NEDSERD durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, Förderkennzeichen 50RL2320. Das DLR-Institut für Raumfahrtantriebe in Lampoldshausen gehört zu den Partnern. Anfang 2026 meldete auch ein Team des KIT einen wassergekühlten, mit Wasserstoff und Sauerstoff betriebenen Rotating Detonation Engine-Laufzeitrekord von 303 Sekunden Brenndauer. Das KIT bezeichnet seine RDE allerdings nicht ausdrücklich als Raketentriebwerk.
Ein Forschungsfeld mit Marsplänen und Hitzeschutz
Am Forschungsfeld Raumtransportsysteme der TU Dresden geht es um Technologien für Transporte zwischen Erde, Weltraum und anderen Himmelskörpern. Geleitet wird es von Dr.-Ing. Christian Bach. Die Themen reichen von chemischen Antriebssystemen bis zu Umwelt- und Klimaauswirkungen des Raumtransports, von numerischen Strömungsmodellen bis zur Nutzung extraterrestrischer Ressourcen. Im Programm stehen unter anderem additiv gefertigte Aerospiketriebwerke mit 1 N bis 30 kN Schub, experimentelle Triebwerksvermessung an Kaltgasprüfständen und im Heißgas-Testfeld, Wiedereintritt, Schubvektorsteuerung, ISRU zur Treibstoffgewinnung auf Mond und Mars sowie biologisch abbaubare Thermalschutzmaterialien.
Die aktuellen Projekte heißen CO-ESA, COMETS, NEDSERD, PARSEC, SLICE, SOCRATES, THOMAS, TPRise und TPSea2. Hinter den Namen stecken ziemlich unterschiedliche Baustellen.
CO-ESA entwickelt ein Hochtemperatur-Festoxid-Co-Elektrolysesystem für bemannte Marsmissionen. Es wandelt Wasserdampf und Kohlendioxid gleichzeitig in Sauerstoff und ein Synthesegas aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid um. Daraus soll anschließend effizient Methan entstehen – eine vollständige lokale Treibstoffproduktionskette auf dem Mars. Das Vorhaben baut auf dem NASA-Experiment MOXIE auf, das die Sauerstoffgewinnung aus der Marsatmosphäre demonstrierte.
Fraunhofer IKTS entwickelt und validiert dafür einen Labordemonstrator. Die TU Dresden erstellt Systemanalysen und Modelle, bewertet Betriebskonzepte für Marsmissionen und prüft Leistung, Robustheit und Umweltbedingungen nach ESA-Anforderungen, darunter angestrebte Produktionsraten für Methan und Sauerstoff. Die HTW Dresden unterstützt Systemdefinition und Integration. Erwartet werden geringere Startmasse, ein niedrigeres Missionsrisiko sowie die lokale Versorgung mit Treibstoff und Oxidationsmittel. Finanziert wird CO-ESA durch die ESA.
COMETS zielt auf ein mehrschichtiges Thermalschutzsystem für wiederverwendbare Raumfahrzeuge. Es soll Wiedereintrittsbelastungen aushalten und zugleich Wärme abführen. Beteiligt sind die Forschungsgruppe Raumtransportsysteme, die Universität Twente und die niederländische Raumfahrtagentur NLR. Gefertigt wird unter anderem mit Laser Powder Bed Fusion (LPBF) und Directed Energy Deposition (DED): oben eine keramische Schicht mit hoher Wärmekapazität und niedriger Wärmeleitfähigkeit, darunter eine Kupferlegierung zur Ableitung der Restwärme und möglichen aktiven Kühlung, verbunden durch eine Interface-Schicht. Förderung kommt aus dem ESA-Programm FIRST!.
PARSEC untersucht quasi-Gleichstrom-Plasmaaktuatoren, die Strömungsablösung und Querkräfte in überexpandierten Raketendüsen kontrollieren sollen. Klassische Glockendüsen werden meist konservativ ausgelegt und verlieren bei größeren Flughöhen Leistung. Das Politecnico di Torino übernimmt Vorentwurf und numerische Analysen, die TU Dresden betreibt ein maßstabsgetreues Cold-Flow-Experiment mit Druckluft. Eine Sechs-Freiheitsgrad-Wägezelle misst Querbelastungen; Elektroden liegen zur thermischen und elektrischen Isolierung in einer Keramikmatrix. Die planare Düse erlaubt optische Messungen mit Background-Oriented Schlieren. Ziel ist ein Machbarkeitsnachweis und eine höhere Zuverlässigkeit größerer numerischer Simulationen. Auch dieses Projekt fördert die ESA.
Bei SLICE stehen Raketenstarts, Wiedereintritte und ihre Umwelt- und Klimaauswirkungen im Mittelpunkt. Besonders die Einsatzphase von Trägerraketen und die oberen Atmosphärenschichten gelten als klärungsbedürftig, weil Schadstoffe dort lange verbleiben und wirken können. Das Forschungs- und Ausbildungsprogramm verbindet Raumfahrttechnik und Klimawissenschaft. 30 europäische Partnerinstitutionen sind beteiligt, 18 Doktorandinnen und Doktoranden arbeiten zu Emissionen von Trägerraketen, Wechselwirkungen mit der Atmosphäre und Klimaauswirkungen sowie Systemanalyse und -design. Koordiniert wird SLICE von der TU Dresden, finanziert über Horizon Europe im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Fördervereinbarung Nr. 101227592.
SOCRATES entwickelt ein Festoxid-Brennstoffzellensystem (SOFC), das Kohlenwasserstoffe und Sauerstoff für Missionen zu äußeren Planeten nutzt. Es soll in schwierigen Umgebungen Energie mit hoher Energiedichte liefern. Erfahrungen stammen auch aus SOFC-Technologie, die beim Mars-Rover Perseverance demonstriert wurde. Fraunhofer IKTS entwickelt und testet einen Technologiedemonstrator, die TU Dresden analysiert den Stand der Technik und mögliche Integrationskonzepte. Untersucht wird unter anderem, ob überschüssige Treibstoffe als Brennstoff dienen können. Die ESA fördert das Projekt.