Ventile für die Raumfahrt: Dichtheitsprüfung – optimiert für die heutige Luft- und Raumfahrtindustrie

In der Luft- und Raumfahrtbranche hat sich das Tempo der Raumfahrtflüge von Jahr zu Jahr erhöht, wobei allein für das Jahr 2026 Hunderte von Starts geplant sind. Ein Großteil dieses Wachstums ist auf den Trend zurückzuführen, dass Luft- und Raumfahrtunternehmen Trägerraketen wiederverwenden. “Während früher für jeden Start komplett neue Hardware gebaut werden musste, ähnelt die moderne Raumfahrt zunehmend der Luftfahrt: Trägerraketen werden vorbereitet und nach einem regelmäßigen Zeitplan wieder eingesetzt”, schreibt Renz Soliman bei Die Wissenschaftszeitung.

Es wird erwartet, dass die Branche ein noch deutlicheres Wachstum verzeichnen wird, wobei der Markt für wiederverwendbare Raketen die Marke von $50 Milliarden an Investitionen allein in den nächsten Jahren. “Marktprognosen zufolge könnte allein der Markt für wiederverwendbare Raketen bis 2030 ein Volumen von über $50 Milliarden erreichen. Dieses Wachstum zieht Investitionen von Risikokapitalgebern, Private-Equity-Fonds und Regierungen weltweit an”, berichtet The Science Times.

Für Ingenieure in der Luft- und Raumfahrt geht diese Wachstumschance mit Standards und Fristen einher, die oft gnadenlos sind. In der Raumfahrtbranche sind die Zeitpläne stets eng. “Wir brauchen die Sachen schon gestern”, scherzt Kyle Meeuwsen, leitender Ingenieur und Gründer von Space Valves, einem Zulieferer für Luft- und Raumfahrtkomponenten.

Er gründete Space Valves aufgrund des wachsenden Bedarfs in der Luft- und Raumfahrt an Komponenten, die schnell geliefert werden und einwandfrei funktionieren. “Die Lieferkette war das größte Problem und der größte Grund zur Sorge”, sagt Kyle, dessen Erfahrung als Antriebsingenieur bei Blue Origin seine Sichtweise auf die Fertigung in der Luft- und Raumfahrt geprägt hat.

Die Zeitpläne für eine Markteinführung hängen davon ab, dass eine Reihe von Faktoren zusammenkommen, sowie von der Leistungsfähigkeit jeder einzelnen Komponente. Selbst das einfachste Element kann den Erfolg – oder Misserfolg – einer Markteinführung beeinflussen. Erinnern Sie sich an die Verzögerung von Der erste bemannte Start des Boeing Starliner, die erst zwei Stunden vor dem geplanten Start von der Startrampe entfernt wurde: Ein Sauerstoff-Überdruckventil “summte” und musste in der Oberstufe der Centaur der Atlas V ausgetauscht werden.

Die Wiederverwendung von Raketenteilen eröffnet der Branche neue Möglichkeiten und macht Missionen kostengünstiger und nachhaltiger. “Heute verändert die Technologie wiederverwendbarer Raketen die Art und Weise, wie die Welt den Weltraum erschließt, senkt die Kosten drastisch und eröffnet Möglichkeiten, die einst als unmöglich galten”, erklärt Renz Soliman von The Science Times.

Doch diese Raketenteile müssen noch strengen Tests unterzogen werden, und manche Komponenten halten dem wiederholten Einsatz nicht stand. “Diese Ventile wurden mit Elementen wie Edelstahlgehäusen konstruiert, die in Hochdruck-Sauerstoffgassystemen nicht eingesetzt werden konnten”, erklärt er. “Da sie keine isolierten Komponenten hatten, würden sich die inneren Teile abnutzen, wenn diese Ventile über längere Zeiträume hinweg wiederverwendet würden.”

Die NASA setzt Branchenstandards für Leistungsprüfungen in der Luft- und Raumfahrt, doch die Art der Dichtheitsprüfung variiert je nach Anwendungsfall. “Es gibt verschiedene Ansätze für die Dichtheitsprüfung. Die beste Wahl ist diejenige, die die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Prüfung optimiert”, erklärt Mike Owen, Spezialist für den Luft- und Raumfahrtmarkt bei Alicat Scientific.

Bei Standardanwendungen zur Dichtheitsprüfung können die Datenerfassungsprozesse umständlich und zeitaufwendig sein. “Bei einer von der NASA zugelassenen Dichtheitsprüfung verbringen Techniker wertvolle Zeit mit diesen Prozessen: In der Regel etwa fünf bis zehn Minuten pro Ventil, wobei die eigentliche Beobachtung der Blasen nur ein bis drei Minuten in Anspruch nimmt”, erklärt Mike Owen von Alicat^®. “Solche Ausfallzeiten und das Risiko von Ungenauigkeiten sind nicht zu vernachlässigen.”

Gängige Methoden zur Dichtheitsprüfung, wie die Blasenanzahlmessung oder Druckabfalltests, können nicht nur den Produktionsprozess verlangsamen, sondern auch Risiken hinsichtlich der Genauigkeit mit sich bringen. Kyle von Space Valves erklärt: “Es gibt eine Reihe von Anbietern, die Blasen-Zählungen zur Lecksuche durchführen, und ich halte das einfach nicht für ausreichend”, sagt Kyle. “Als Start-up in der Luft- und Raumfahrtbranche müssen wir nicht nur kostengünstiger, schneller und leistungsfähiger sein, sondern unseren Kunden auch bessere Daten liefern.”

Space Valves wollte seinen Kunden aus der Luft- und Raumfahrt ein leistungsstarkes Bauteil sowie Daten zur Validierung dieser Leistung bieten. “Ich konnte mit neu entwickelter Hardware einsteigen, die nicht an eine veraltete Konfiguration gebunden war”, erklärt Kyle. Das Unternehmen benötigte eine schnellere, wiederholbare Lösung zur Durchflussmessung in seiner Lecktestanwendung, die die herkömmlichen Prüfstandskonstruktionen übertreffen sollte.

Kyle konnte bei Alicat Scientific eine passende Lösung finden. Massendurchflussmesser von Alicat Scientific werden bereits in einer Vielzahl von Umgebungen für Dichtheitsprüfungen eingesetzt, von lebenserhaltenden Systemen bis hin zu Schweißstationen. Die Massendurchflussmesser erfassen den Durchfluss für reproduzierbare Ergebnisse und weisen eine Genauigkeit von ± 0,51 TP4T des Messwerts sowie ± 0,11 TP4T des Skalenendwerts auf.

Er integrierte den Laminar-Differenzdruckmesser von Alicat Massendurchflussmesser in seinen Dichtheitsprüfstand bei Space Valves: “Wir nehmen die Ergebnisse, lassen sie in unseren Fertigungsprozess einfließen und stellen sicher, dass wir durch iterative Verbesserungen ein Ventil mit der bestmöglichen Leistung und höchster Qualität liefern”, erklärt Kyle. Kyles Team kann die Dauer seiner Validierungstests im Vergleich zu anderen Prüfverfahren um 90% verkürzen.

Der Einsatz des Alicat in ihrer Anwendung ermöglichte es Kyle und seinem Team, leistungsgeprüfte Komponenten zu liefern, die durch die strengen Testverfahren von Space Valves validiert wurden. ’Das waren Designentscheidungen, die wir im Vorfeld getroffen haben, um sicherzustellen, dass wir eine Produktionslinie mit sehr hohem Durchsatz über mehrere Systeme hinweg nutzen können“, sagt Kyle. ”Bei unseren Dichtheitsprüfungen haben wir festgestellt, dass es wirklich wichtig ist, das Ventil während der Prüfung vollständig durchströmen zu lassen. Also führen wir die Dichtheitsprüfung durch, drehen das Ventil um und lassen es mit einer bestimmten Durchflussrate in Vorwärtsrichtung durchströmen.“

Durch den Einsatz von Alicats Massendurchflussmesser, Space Valves kann das Versprechen einer schnellen Lieferung und einer präzisen Überprüfung seiner Komponenten einhalten. “Letztendlich erhält der Kunde ein Ventil mit sehr hoher Leistungsfähigkeit”, erklärt Kyle. Er rechnet damit, dass seine Kunden zunehmend Leistungsdaten anfordern werden und Datenpakete von Space Valves erwarten. “Das ist für unsere Kunden sehr wichtig, die mittlerweile Wert auf Langlebigkeit ihrer Fahrzeuge, Wiederverwendbarkeit und schnelle Durchlaufzeiten legen.”

In der Luft- und Raumfahrtbranche sind für August 2026 mehr als ein Dutzend Starts geplant – ein Tempo, das seit der Kommerzialisierung der Raumfahrtmissionen zugenommen hat. “Wenn [ihre] Zusatzkomponenten und Ventile nicht nach jeder Mission ausgetauscht werden müssen, können unsere Kunden das Tempo beibehalten und die Startkadenz aufrechterhalten”, sagt Kyle. Heute sind Komponenten von Space Valves in Mondraumfahrzeugen sowie in Triebwerken der Oberstufe und der Hauptstufe zu finden.

Mit Alicat-Messgeräten in seinem Dichtheitsprüfstand testet Space Valves Komponenten schnell und zuverlässig:

• Genauigkeit von ± 0,51 TP4T des Messwerts
• Über 98 vorkalibrierte Standardgase, zwischen denen ohne Genauigkeitsverlust oder Neukalibrierung gewechselt werden kann
• ± (0,11 TP4T des Messwerts + 0,021 TP4T des Skalenendwerts) Wiederholgenauigkeit
• Übertragbare Leistungs- und Validierungsprotokolle

In der Luft- und Raumfahrt besteht branchenweit eine Nachfrage nach nachhaltigen Verfahren, insbesondere da die Zahl der Starts von Jahr zu Jahr zunimmt. “Heutzutage ist die Landung einer Raketenstufe in Luft- und Raumfahrtkreisen nichts Besonderes mehr”, schreibt Renz Soliman von The Science Times. “SpaceX führt jährlich Hunderte erfolgreicher Landungen durch. Diese Normalisierung der Wiederverwendbarkeit stellt vielleicht den bedeutendsten Wandel in der Raumfahrt dar, seit Raketen erstmals Menschen über die Erdatmosphäre hinausbefördert haben.”

Unternehmen wie Space Valves sichern die Zukunft der Raumfahrt durch die Lieferung zuverlässiger, leistungsstarker Komponenten. Durch die Integration einer Lösung zur Durchflussregelung und Datenüberwachung sowie den Einsatz eines Alicat-Massendurchflussreglers kann Space Valves diese Komponenten zuverlässig und zügig liefern.