Es ist Viertel vor neun am Abend, als Barbara Parys, ETH-Studentin und Safety Officer beim Raketentest, kommandiert: «From now on, nobody is allowed to move until after the firing». Niemand darf seinen Platz verlassen. Parys funkt wie alle Raketenbauer:innen auf Englisch. Sie studiert interdisziplinäre Naturwissenschaften im Bachelor und gehört zusammen mit 19 weiteren Kolleg:innen zum Team Pegasus der studentischen Raumfahrtinitiative Aris.
Gleich zündet ihr Kollege ein neuartiges Raketentriebwerk zum Test. Wir befinden uns auf dem Flugplatz Dübendorf. Parys und ihre Kollegen vom 10-köpfigen Testteam drängen sich um die vier Bildschirme des Kontrollzentrums in einer kleinen Hütte, abgeschirmt und in sicherer Distanz zum Treibwerk.
Mehrere Kameras filmen das sechseckige, etwa tellergrosse Bauteil aus Kupfer, das ein wenig an eine überdimensionierte Schraubenmutter erinnert. Es ist hinten an einer Edelstahlplatte auf einem Autoanhänger montiert, zusammen mit einem Aufbau aus Aluprofilen, diversen Leitungen, Sensoren, Kabeln und Drucktanks bildet es den Teststand.
Letzte Vorbereitungen am Teststand. Das kompakte Triebwerk befindet sich über dem Nummernschild. (Bild: Daniel Winkler / ETH Zürich)
Aus dem Triebwerk dampft es vom flüssigen Sauerstoff. Er ist Treibstoffkomponente und kühlt zugleich das System vor.
Alles leuchtet grün im Speziallicht für die Hochgeschwindigkeitskamera. Sie wird später zusammen mit Daten von Drucksensoren zeigen, ob das Team sein Ziel erreicht hat: ob sich in dem Triebwerk eine stabile Detonationswelle bildet. Gelingt es, wäre Aris das erste Studierendenteam weltweit, das ein Rotating Detonation Rocket Engine (RDRE) mit flüssigem Treibstoff erfolgreich gezündet hat. Weltweit gibt es nur rund ein Dutzend Länder, in denen ein solches Raketentriebwerk entwickelt und erfolgreich getestet wurde.
Man kann die Anspannung im Team förmlich fühlen. Ausser den kurzen Durchsagen des Kontrollzentrums ist es still. «Temperature: -100 degrees. Pressure: nominal». Temperatur und Druck sind in Ordnung. Und dann an die Sicherheitswächter auf dem Flugfeld, die in Deckung hinter dem Erdwall sicherstellen, dass niemand das Testgelände betritt: «Final surveillance check?» «Clear!»
Projektarbeit im dritten Studienjahr
Diesen Moment hat Mattia Röösli mental schon mehrmals durchgespielt, das Kopfkino läuft. Vor einer Woche zündete das Team das Triebwerk das erste Mal, damals entstand aber noch keine Detonationswelle. Was, wenn es heute wirklich klappt? Fast ein Jahr lang hat er zusammen mit dem Pegasus-Team von Aris auf diesen Moment hingearbeitet.
Bei Pegasus hat er den Injektor entwickelt, das Herz des Triebwerks. Raketentriebwerke brauchen immer zwei Komponenten: Den Treibstoff und einen Oxydator, die Komponente, die den für die Verbrennung notwendigen Sauerstoff liefert. Das Team entschied sich für Propan und flüssigen Sauerstoff. Der Injektor erzeugt bei der Einspritzung den richtigen Mix.
Seine Arbeit am Triebwerk leistet er teilweise im Rahmen des Studiums: Projekte wie jenes von Pegasus sind bei verschiedenen Studiengängen an der ETH fester Bestandteil des Studienplans – bei den Maschinenbauern gibt es sie als sogenannte Fokusprojekte schon länger. Teams von fünf bis zehn Studierenden entwickeln und realisieren in zwei Semestern ein Produkt mit allem Drum und Dran: Finanzen, Konzeption, Design, Engineering, Simulation, Entwurf und Produktion. Dabei entstehen Flugzeuge, selbstfahrende Autos, Roboter – und eben auch Raketentriebwerke.
Kontrollierte Detonationen für mehr Effizienz
Pegasus hat sich zum Ziel gesetzt, ein Zweistoff-RDRE zu entwickeln und zu testen. Finanziert wird das Projekt zum grössten Teil durch Sponsoring. Industriefirmen stellen dem Team viel Material und Dienstleistungen und zum Teil auch Geldbeträge zur Verfügung.
Von solchen Triebwerken verspricht man sich viel: Sie sollen mit gleich viel Treibstoff zwischen 10 und 20 Prozent mehr Leistung erbringen.
Das liegt daran, dass der Treibstoff in solchen Triebwerken nicht ruhig und gleichmässig verbrennt, sondern in einer Detonation, einer explosionsartigen Welle, die ständig im Kreis läuft. Diese Welle zündet das Gemisch und erzeugt dabei extrem hohe Drücke und Temperaturen. Dadurch wird die im Treibstoff enthaltene Energie besser genutzt als bei herkömmlichen Triebwerken.
Gleichzeitig kommt die Technik mit weniger aufwendigen Bauteilen zur Verdichtung des Treibstoffs aus. Das macht die Triebwerke kompakter und potenziell leichter.
Weil Treibstoff beim Start von Raketen 80 bis 90 Prozent des Gesamtgewichts ausmacht, sind selbst wenige Prozent Effizienzgewinn Gold wert. Raketen könnten sparsamer fliegen – oder grössere Lasten ins All bringen.
Geforscht wird an solchen Triebwerken schon lange – marktreif sind sie aber noch nicht. Zu gross und zahlreich sind die Herausforderungen.
Zum Beispiel die Materialbelastung: Die Detonationswellen jagen bis zu 20’000 Mal pro Sekunde durch eine Ringkammer. Dabei setzen sie das Material in hoher Frequenz sehr hohem Druck und sehr hoher Temperatur aus.
In verschiedenen Ländern wurden schon Tests mit RDREs durchgeführt. In den USA hat die Nasa Triebwerke in grösserem Massstab auf Testständen am Boden gezündet. Ein polnisches Institut hat RDREs mit flüssigem Treibstoff getestet. Und Japan hat als einziges Land ein solches Triebwerk im All gezündet.
Sollte das Triebwerk von Pegasus heute also schon nur eine Sekunde lang stabile Detonationswellen erzeugen, dürften sie sich zu einer Gruppe von Pionier:innen zählen.
Nach zwei Jahren Studium: einfach mal beginnen
Während seine Team-Kolleg:innen im Hangar die Kisten für den Test packen, erzählt uns Mattia Röösli, wie alles begann.
Das Thema interessierte ihn schon früh. «Raketen faszinieren mich, weil sie alleine dadurch fliegen, dass Treibstoff nach hinten beschleunigt wird. Das Prinzip ist eigentlich recht einfach».
Nach zwei Jahren Grundlagen-Studium motivierte ihn das Neuland: «Es gibt niemanden, der dir sagen kann, wie man es genau machen muss, weil so vieles noch unerforscht ist. So an der Forschungsfront zu arbeiten, ist schon ziemlich cool!»
Der Injektor, den Röösli entwickelt hat, ist ein kritisches Element. RDREs brauchen eine sehr präzise Einspritztechnik, die den Treibstoff in weniger als einer Millisekunde mischen und nachliefern muss, ohne dass die Detonationswelle in die Zuleitungen zurückschlägt.
Wie geht man eine solche Aufgabe an?
Drei Wochen las er sich ins Thema ein. Dann begann er einfach. «Ich hätte vielleicht gar nicht so viel lesen müssen» sagt er im Nachhinein. «Es ist ein Irrtum zu glauben, man könne das Thema komplett begreifen, bevor man beginnt. Dafür gibt es einfach viel zu viele offene Fragen».
Skizzen, Diskussionen, Prototypen
Also begann er mit etwas Übergeordneten: Mit der Frage, welche Elemente zu einem solchen Injektor gehören und wie man sie verbinden kann. «Als erstes macht man Skizzen und bespricht sie im Team. Die anderen machen einen dann auf Dinge aufmerksam, die man noch nicht bedacht hat. Dann rechnet und skizziert man weiter. Man bricht grosse Probleme so lange in kleinere auf, bis sie lösbar werden.»
Nach und nach arbeitete sich das Team so zu ersten Prototypen aus einem Metall-3D-Drucker vor. «Wenn die ersten Prototypen auf dem Tisch liegen, werden wieder neue Herausforderungen sichtbar.»
Röösli betont: «Man muss nicht hochbegabt sein, um nach zwei Jahren Studium ein Raketentriebwerk zu entwickeln. Man geht Schritt für Schritt vor und hilft sich gegenseitig».
Die Vorgänger helfen als Coaches
Sehr hilfreich war auch das Know-how der Mitglieder des Aris-Projektteams im letzten Jahr – sie geben ihr Wissen Jahr für Jahr als Coaches weiter. Läuft bei einem Team etwas schief, profitiert das nächste aus diesen Erfahrungen. Ein verkohltes elektronisches Bauteil auf einem Regal mit Prototypen im Hangar zeugt wohl von einer solchen Lektion.
Pegasus profitierte zudem von den Erfahrungen des Startups, das gleich nebenan angesiedelt ist und ebenfalls an RDREs arbeitet. Sowieso: Die Infrastruktur und die Lage im ETH-Hangar in Dübendorf vereinfacht vieles. Hier gibt es Werkbänke, 3D-Drucker, viel Platz für Material, Sitzungsräume, Arbeitsplätze und gleich vor dem grossen Rolltor viel Platz für Tests.
Bevor ein Triebwerk zum ersten Mal gezündet werden kann, durchläuft es zahlreiche Tests. Dazu gehören etwa Durchflusstests mit Wasser oder Drucktests. Bis zur kontrollierten Detonation ist es ein langer Weg – auch weil dabei immer hohe Sicherheitsstandards eingehalten werden müssen. Allein am Sicherheitskonzept haben Kolleg:innen mehrere Monate gearbeitet.
Heute, bei der zweiten Zündung, in Fachsprache ein «Firing», kommt die Arbeit des ganzen Teams zusammen.
Gasflaschen, Kabelrollen, Snacks: Check
Fast sechs Stunden früher, um drei Uhr nachmittags, trafen sich alle im Hangar zum Sicherheitsbriefing. Alles Material ist dann schon auf Handwagen gepackt, darunter Kabelrollen, Gasflaschen, Feuerlöscher und ebenfalls wichtig: eine Box voller Snacks, damit das Team vor Unterzuckerung auf dem Flugplatz nicht die Konzentration verliert.
Alle stehen im Kreis, der Testleiter erinnert daran, wer welche Rollen hat, was zu befolgen ist und wer sich wo aufhalten darf. Jeder und jede erhält eine farbige Weste, die die entsprechenden Rollen kennzeichnen: Blau für den Versuchsleiter, Grün für den Safety Officer, Orange für die Testingenieure und Gelb für die Kollegen im Kontrollzentrum, alle anderen und die Gäste.
Um vier Uhr öffnet Röösli das grosse Rolltor und hängt den Anhänger mit dem Hightech-Teststand an einen alten, geliehenen Kombi. Im Schritttempo fahren sie zum Flugplatz nebenan. Nach kurzem Warten öffnen zwei Militärpolizisten das Tor und winken den bunten Tross durch. Weiter hinten landet gerade eine Staffel Militärhelikopter, ansonsten ist kein Mensch zu sehen, kein Auto zu hören.
Alle in Sicherheit!
Auf dem Testgelände angelangt, beginnt das Team sofort mit dem Aufbau. Es soll möglichst viel Zeit für Zündungen bleiben.
Anhand einer langen Checkliste führt der Testleiter von nun an durch den ganzen Test. Zwei Personen schliessen Gasflaschen an, in etwas Entfernung bauen andere eine Abfackelungsanlage auf, mit der überschüssiges Propan verbrannt wird.
Die Kollegen im Kontrollzentrum betätigen jedes einzelne Ventil, während jene beim Teststand prüften, ob sie funktionieren. Dann folgen Drucktests. Als letztes tanken die Testingenieure mit dicken Handschuhen, Schürze, Spezialschuhen und Gesichtsschild den flüssigen Sauerstoff. Sofort bilden sich Eiskristalle an den Leitungen.
Die Sekunde der Wahrheit
Dann kommt der Moment, auf den alle hinarbeiteten. Vor den Bildschirmen in der Hütte herrscht volle Konzentration. Mattia Röösli blickt dem Kollegen im Kontrollzentrum gespannt über die Schulter. Draussen beginnt es schon zu dämmern; es ist kurz nach sieben Uhr. Der Ingenieur am Kontrollzentrum erhält vom Security Officer den Schlüssel, um den Stromkreislauf für die Zündung zu aktivieren. Er legt einige Schalter um und startet am Computer den Kühlvorgang des Treibwerks. Dann ist es soweit: «Initiating Firing Sequence in 3, 2, 1, go!»
Es zischt, knallt dumpf und kreischt dann in einem heisernen, undefinierbaren Ton. Dann verwandelt sich der Strahl auf den Kamerabildern in eine Flamme und erlischt. Druck wird abgelassen, bei der Abfackelungsanlage flackert das Propan in der Dämmerung auf.
Röösli und seine Kollegen schauen sich fragend an. War es eine Detonationswelle oder nicht? Die Studierenden prüfen die Sensordaten und diskutieren über das Gesehene und das Gehörte. Eher nicht. Also alles von vorne.
Mehr Propan
Das Team prüft das Triebwerk auf Schäden und tankt nochmals flüssigen Sauerstoff. Mittlerweile ist es dunkel. Röösli schaut sich auf den farbigen Kurven auf den Bildschirmen an, wann im vorherigen Test wieviel Propan und wieviel flüssiger Sauerstoff ins Triebwerk floss. Er zückt ein Stift, rechnet kurz und gibt dann die Anpassungen der Parameter durch. Das Propan soll vor der Zündung etwas früher und etwas länger fliessen.
Um viertel vor Neun ist das Treibwerk zum zweiten Mal auf minus 130 Grad gekühlt. 3,2,1, go!
Diesmal rüttelt die Druckwelle an der Tür der kleinen Holzhütte, und ein langer, konstanter Feuerstrahl schiesst aus dem Triebwerk, wieder sirrt und pfeift es in den höchsten Frequenzen.
Röösli blickt für eine Sekunde mit einem angedeuteten Lächeln über die Schulter. Niemand sagt etwas, aber sie ahnen es: Das war eine Detonationswelle.
Drei Detonationswellen und grosse Freude
Die Bestätigung kommt später per Funk, als die Kolleg:innen draussen gleich neben der Highspeed-Kamera die Video-Bilder anschauen: «Yes! Guys, das waren drei Detonationswellen!», ruft ein Kollege jubelnd ins Funkgerät. Alle gratulieren sich, bevor die Konzentration für die Vorbereitungen des dritten Firings zurückkehrt.
Später beim Abbau ist die Spannung verflogen. Man hört Gen-Z-Slang statt des monotonen Checklisten-Gemurmels. Der Stolz ist den Studierenden in die Gesichter geschrieben.
Kurz vor 22 Uhr setzt sich Röösli ans Steuer des alten Kombis mit dem Raketentriebwerks-Anhänger. Er fährt im Schritttempo zurück zum Hangar. Aus dem offenen Fenster klingt Rap, als wäre es eine Sommernacht und nicht eine mit kaltem Biswind Anfang April.
Zweieinhalb Stunden später hebt in Kalifornien die Artemis-2-Mission in Richtung Mond ab.
Fokus-Projekte
Seit über zwanzig Jahren gibt es das Lehrformat Fokus-Projekte am Departement Maschinenbau und Verfahrenstechnik der ETH Zürich. Am 27. Mai 2026 präsentieren siebzehn Teams die Prototypen, die sie in einem Jahr intensiver Projektarbeit entwickelt haben.