Das europäische Projekt Phoebus, das gemeinsam von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), ArianeGroup und MT Aerospace entwickelt wird, tritt in eine neue Phase ein, in der die Komposittechnologie vom Labor auf große, konkrete Demonstratoren übergeht. Das Ziel ist ehrgeizig: Die klassischen Metalltanks der Oberstufe der Ariane-6-Rakete sollen durch Tanks aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) ersetzt werden, um mehrere Tonnen Masse einzusparen, eine höhere Leistung zu ermöglichen und die Kosten pro Start zu senken. Hinter dem Begriff „schwarze Oberstufe“ verbirgt sich eine mehrjährige Entwicklung, die Werkstoffe, Kryotechnik, Sicherheitssysteme und industrielle Logistik von Augsburg und Bremen bis nach Trauen und Lampoldshausen verbindet.

Warum überhaupt Komposite in der Oberstufe?

Jedes eingesparte Kilogramm Masse an der Oberstufe einer Rakete multipliziert sich in der endgültigen Nutzlast. CFK-Lösungen ermöglichen bei richtiger Schichtarchitektur, Matrix und Fertigungskontrolle ein feines Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Steifigkeit und Beständigkeit gegen extreme Temperaturen – und das alles bei deutlich geringerer Masse als bei Aluminium- oder kryogen optimierten Metalllegierungen. In Raketensystemen verwenden wir heute bereits Komposite für Verkleidungen und große Feststofftriebwerke (wie den P120C), aber die Verwendung von Kompositen als Primärstruktur für kryogene Tanks ist eine weitaus schwierigere Aufgabe. Genau auf diesem Gebiet hebt Phoebus die technologische Messlatte und den technologischen Reifegrad (TRL) an, damit die zukünftige „Black Upper Stage“ tatsächlich als Nachfolger der heutigen Ariane-6-Oberstufe kommerzialisiert werden kann.

Die Extreme von flüssigem Wasserstoff: −253 °C und ein Molekül, das jeden Mikroriss findet

Wasserstoff ist das kleinste und lebhafteste Molekül im Universum. In der Ariane-6-Rakete wird er als kryogener Treibstoff verwendet und im flüssigen Zustand bei etwa −253 °C gehalten, nur zwanzig Grad über dem absoluten Nullpunkt. Bei diesen Temperaturen werden die meisten Polymere und Komposite spröder, sodass Ingenieure auf Phänomene wie Mikrorisse in der Matrix, Schichtentrennung (Delamination) oder Permeabilitätsänderungen stoßen. Zudem diffundiert Wasserstoff leicht durch mikroskopische Wege, sodass selbst minimale Defekte zu Leckagekanälen werden können. Die Konstrukteure von Phoebus müssen daher einen Tank entwerfen, der gleichzeitig extremen Temperaturgradienten, zyklischen Druckbelastungen und mechanischen Spannungen durch Startvibrationen standhält.

Von der „Flasche“ zum Tank mit 2 Metern Durchmesser: Der Weg Schritt für Schritt

Die ersten Experimente im Rahmen von Phoebus verwendeten kleine Demonstratoren von etwa 60 Litern, sogenannte „Flaschen“, um zu beweisen, dass eine CFK-Struktur mit der richtigen Laminatarchitektur und Nachbearbeitungsprozessen flüssigen Wasserstoff zuverlässig und ohne Leckagen oder unerwünschte Reaktionen aufnehmen kann. An diesen Demonstratoren wurden grundlegende Materialmodelle bestätigt, Parameter für niedrige Temperaturen kalibriert und Prüfmethoden entwickelt, die bis dahin hauptsächlich nur für Metalltanks existierten.

Nach den „Flaschen“ folgt ein wichtiger Schritt: die Realisierung eines Tanks mit 2 Metern Durchmesser und einem Volumen von fast 2600 Litern. In diesem Maßstab ergeben sich eine ganze Reihe neuer Herausforderungen, von der Toleranzkontrolle beim automatischen Faserlegen (AFP) und der Präzision der Verbindungen über die Steuerung von Eigenspannungen nach dem Aushärten bis hin zur Integration von Anschlüssen, Ventilen und Sensoren, die bei −253 °C zuverlässig bleiben müssen.

Produktion in Augsburg, Tests in Deutschland: Wer macht was?

MT Aerospace in Augsburg führt die entscheidenden Schritte bei der Herstellung des inneren Druckbehälters und der zugehörigen Kompositelemente durch. Das Unternehmen hat Kapazitäten für die Herstellung von Kompositstrukturen und Tanks mit einem Durchmesser von bis zu 3,5 Metern aufgebaut, mit fortschrittlichen automatischen Maschinen zum Legen von Bändern und Rovings sowie nativen Qualitätskontrollsystemen. ArianeGroup übernimmt die Verantwortung für die Prüfung der Tanks, einschließlich der Planung und des Baus einer neuen Testanlage sowie der Definition von Testverfahren, Sicherheitsprotokollen und Messarchitektur. An den Teams sind auch Partner beteiligt, die auf Kryotechnik und Analytik spezialisiert sind, während einige Überprüfungen der Systemfähigkeiten auch staatlichen Instituten anvertraut werden.

Zeitplan der Entwicklung: Herbst 2025, Überprüfungen bis Jahresende und Tests im Frühjahr 2026

Im September 2025 wurde der erste Satz von Produktionsvorgängen an der Innenkammer des 2 m durchmessenden Flüssigwasserstofftanks abgeschlossen. Bis Dezember ist der Abschluss der Produktionsphase vorgesehen, was die endgültigen Kompositumhüllungen, Verbindungsflansche und die Vorbereitung für die Integration von Instrumenten umfasst. Die kritische Design-Überprüfung (CDR) ist bis Ende 2025 geplant, um alle wichtigen Konstruktionsannahmen zu bestätigen und „grünes Licht“ für die Bauarbeiten am Teststandort und die Installation der Ausrüstung zu geben. Die Testkampagne mit flüssigem Wasserstoff ist für April 2026 geplant und wird am Teststandort von ArianeGroup in Trauen, Deutschland, durchgeführt.

Trauen als kryogene Bühne: Was das logistisch bedeutet

Trauen ist Teil eines deutschen Netzwerks von Betrieben und Anlagen, die auf Wasserstoff spezialisiert sind: Neben der primären Rolle von ArianeGroup in Europa dient der Standort als Drehscheibe für die Entwicklung, Qualifizierung und Prüfung von Subsystemen, Ausrüstungen und Demonstratoren, die mit flüssigen kryogenen Medien arbeiten. Für Phoebus bedeutet dies, dass an einem Ort Füllsysteme, eine Gesellschaft von Tanks für Inertgase, Entlüftungs- und Gasrückgewinnungssysteme, feuerfeste Infrastruktur und Sicherheitsperimeterzonen integriert werden. Angesichts der Tatsache, dass flüssiger Wasserstoff trotz −253 °C extrem leicht entzündliche Gemische bildet, erfolgt jeder Befüllungs- und Testvorgang unter strengen Verfahren und mit mehrschichtigen Sicherheitsbarrieren.

Wie man den Tank „abhört“: Sensoren, Messungen und Modelle

Um das Verhalten des Komposittanks beim Befüllen, dichten Halten und Entleeren bei −253 °C und unter erhöhten Drücken zu verstehen, wird die Konstruktion mit Sensorik „übersät“. Auf und im Laminat befinden sich Dehnungsmessstreifen, faseroptische Netzwerke, Temperatursonden, Drucksensoren und hochempfindliche Leckanalysatoren. Eine besondere Herausforderung ist die Messung mikroskopischer Lecks unter kryogenen Bedingungen: Fertige Industrielösungen gibt es kaum, daher hat das Team eigene Testkonfigurationen mit kalibrierten Lecks, inerten Medien (Helium) und Algorithmen entwickelt, die instrumentelles Rauschen von echten Signalen trennen. Die Daten werden bei verschiedenen Belastungsschritten erfasst, um die Stellen zu kartieren, an denen Mikrorisse am frühesten auftreten, und die Ergebnisse mit numerischen Schicht-für-Schicht-Modellen zu vergleichen.

Wie weit werden wir bei den Tests gehen: bis zum Punkt vor dem Bruch

Der Plan ist, den Tank durch mehrere Phasen zu „treiben“, bis zu dem Grenzpunkt, an dem kontrollierte Risse auftreten – aber den Test vor dem vollständigen Bruch zu stoppen. Dadurch werden wichtige Informationen über Festigkeitsreserven, Schadensfortschritt und Sicherheitsmargen im Verhältnis zu den realen Belastungen während der Startvorbereitung und in den ersten Flugminuten gewonnen. Jeder Füll- und Entleerungszyklus wird telemetrisch überwacht, und zwischen den Schritten wird eine detaillierte Datenanalyse und eine Überprüfung der Struktur mit zerstörungsfreien Methoden (z. B. Ultraschall, Thermografie, Schallemission) durchgeführt.

Parallele Front: Sauerstofftanks mit großem Durchmesser

Während der Wasserstofftank seinen Entwicklungsweg beschreitet, schreiten im Rahmen desselben Programms auch die Demonstratoren für flüssigen Sauerstoff voran. Dort liegt der Schwerpunkt auf einem „lineless“ (ohne innere Auskleidung) Ansatz und der Bestätigung, dass CFK LOX ohne unerwünschte Reaktionen und ohne Leckagen aufnehmen kann. Im vergangenen Produktionszyklus wurde der erste Tank im vollen Maßstab mit einem Durchmesser von etwa 3,5 m hergestellt und fertiggestellt, was ein starkes Signal dafür ist, dass Kompositlösungen im kryogenen Bereich auch bei größeren Durchmessern reifen. Parallel dazu werden die Prozesse des automatischen Schichtlegens sowie die Inline-Qualitätskontrollsysteme verbessert, die bereits während des Legens der Schichten Anomalien und Defekte erkennen.

Von Phoebus zu ICARUS: Was bedeutet „schwarze Oberstufe“?

Phoebus ist als technologischer Demonstrator konzipiert, der die Grundlagen für die nächste Generation der Oberstufe legt, die oft unter dem Arbeitstitel ICARUS (Innovative Carbon ARiane Upper Stage) erwähnt wird. Der Erfolg der Demonstratoren mit Wasserstoff und Sauerstoff würde die Tür zu einer integrierten Oberstufe mit Komposittanks, kryogenen Systemen und einer kompatiblen Struktur öffnen, die die Gesamtmasse minimal und die Funktionalität (Autonomie, Wiederzündung, Tiefentleerung) maximal hält. Darüber hinaus werden die Auswirkungen auf die Architektur der Versorgungsleitungen, die Füllsysteme an der Startrampe und die Wartungsstandards während des operativen Lebenszyklus überdacht.

Sicherheit an erster Stelle: Risikomanagement bei flüssigem Wasserstoff

Obwohl Wasserstoff in den Tests auf extrem niedriger Temperatur gehalten wird, erfordert seine Fähigkeit, sich bei Kontakt mit einem Oxidationsmittel oder einem Funken zu entzünden, äußerste Disziplin. Testkampagnen werden unter strengen Zugangssperrzonen, redundanten Wasserstoffdetektionssystemen, automatischer Inertisierung mit Stickstoff oder Helium, schnellen Druckentlastungsventilen und an kryogene Bedingungen angepassten Brandschutzsystemen durchgeführt. Jedes Verfahren hat vorbereitete Szenarien und Abbruchpunkte, und die Teams durchlaufen mehrere Probeläufe mit trockenen Medien vor der ersten Befüllung mit LH₂.

Das größere industrielle Bild: von Materialien zu Arbeitsplätzen

Die Entwicklung von Phoebus ist nicht nur eine technologische Geschichte: Sie ist auch ein Industrieprogramm, das die europäische Autonomie im Bereich der kryogenen Komposittanks festigt. Investitionen in Ausrüstung, Menschen und Prozesse in Augsburg, Bremen und auf deutschen Testgeländen stärken die Lieferketten und schaffen die Voraussetzungen dafür, dass Europa Schlüsselelemente von Raketenoberstufen selbst entwirft, produziert, testet und qualifiziert. Langfristig fließt das im Raumfahrtsektor gewonnene Wissen in die Luftfahrt (Initiativen rund um LH₂-Flugzeuge), die Energiewirtschaft (Tanks und Pipelines für Wasserstoff) und die Mobilität (Bodentanks, Logistik) ein.

Technologie aus der Nähe: Was macht einen guten CFK-Tank für LH₂ aus?

• Laminatarchitektur: präzises Stapeln der Faserorientierungen zur Steuerung der Anisotropie und zur Verhinderung von Spannungs-„Schwingungen“ um Öffnungen und Anschlüsse.


• Matrix und Kompatibilität: ein Harzsystem, das bei −253 °C Zähigkeit und Haftung an den Fasern behält, mit einem minimalen Mikrorissnetzwerk nach dem Aushärten.


• Herstellungsmethoden: automatisches Faserlegen (AFP/ATL) mit Inline-Qualitätsüberwachung, kontrollierten Aushärtezyklen und nachträglichen Wärmebehandlungen.

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Anschlüsse und Übergänge:

Hybridverbindungen aus Metall und Komposit, die Spannungskonzentrationen abmildern und die Abdichtung bei zyklischer Belastung gewährleisten. *

Barriereschichten und Permeabilität:

Optimierungen, die die Diffusion von Wasserstoff durch die Matrix ohne signifikante Massenzunahme reduzieren. *

ZfP-Inspektionen:

Ultraschall, Thermografie und in die Struktur eingebettete Glasfasern zur Überwachung von Schäden in Echtzeit.

Was von der Testkampagne im April 2026 zu erwarten ist

Die geplante Testreihe umfasst Befüllungen und Entlastungen bei definierten Druckniveaus, thermische Zyklen, Tests unter Vibrationsbelastung und schließlich einen Test zur Annäherung an die Grenzzustände. Besondere Aufmerksamkeit wird der Überwachung der „ersten Risse“ gewidmet – das sind mikroskopische Phänomene, die auf Stellen hinweisen, an denen sich lokal Spannungen ansammeln. Solche Beobachtungen fließen direkt in Design-Iterationen und Produktionsanweisungen ein und verkürzen den Weg zu einem Tank, der den realen Flugbedingungen mit größeren Margen standhält.

Auswirkungen auf den Betrieb der Ariane 6 und die Marktpositionierung

Ein erfolgreicher Übergang zu einer leichteren Oberstufe bringt einen doppelten Nutzen: eine größere Nutzlast in die Zielbahn und potenziell geringere Kosten pro Kilogramm. Dadurch erhält die Ariane 6 zusätzliche Flexibilität für Konstellationen, interplanetare Missionen mit komplexeren Injektionsprofilen und Missionen, die eine Wiederzündung und eine präzise Steuerung der Orbitalenergie erfordern. Eine „schwarze Oberstufe“ wäre auch eine starke Botschaft an den Markt, dass Europa über eigene, innovative Komposittechnologien auf einem Niveau verfügt, das auch die kryogenen Herausforderungen von flüssigem Wasserstoff und Sauerstoff löst.

Pläne bis Ende 2025: kritische Entscheidungen und Bauarbeiten

Bis zum 31. Dezember 2025 ist eine kritische Design-Überprüfung für die Testinfrastruktur und den Tank vorgesehen, woraufhin der Beginn der Bauarbeiten und die Installation der spezialisierten Ausrüstung am Standort folgen. Die Dokumentation muss bestätigen, dass alle Sicherheitskriterien erfüllt sind, dass das Testszenario durchführbar ist und dass die Margen den Zielen des Programms entsprechen. Damit wird der Weg für den Frühjahrs-Zeitplan der Flüssigwasserstofftests im April 2026 geebnet.

Wie diese Geschichte in das FLPP passt: das Programm, das das Risiko der Zukunft verringert

Phoebus ist Teil des ESA-Programms FLPP (Future Launchers Preparatory Programme), dessen Aufgabe es ist, das technische und entwicklungsbezogene Risiko zu verringern, bevor man in die teuren Phasen der Serienproduktion und des Betriebs eintritt. Durch das FLPP werden Demonstratoren finanziert und koordiniert, Überprüfungen durchgeführt, Standards gesetzt und Wissen zwischen den Industriepartnern übertragen. Es wurde ein Rahmen geschaffen, in dem neue Technologien – wie kryogene CFK-Tanks – im Feld erprobt und dann in reale Systeme mit klaren Markteffekten integriert werden können.

Was wir von kleinen Demonstratoren gelernt haben und warum das wichtig ist

Die 60-Liter-„Flasche“ ist nicht nur ein symbolischer Schritt, sondern auch ein entscheidender Schritt zur Validierung grundlegender physikalischer Annahmen: wie sich Mikrorisse bei kryogenen Temperaturen entwickeln, wie sich Änderungen der Prozessparameter in der Produktion auf die Permeabilität auswirken, wie sehr Barriereschichten helfen und an welchen Stellen das Laminat um Anschlüsse herum verstärkt werden muss. Diese Lektionen bilden den Kern des Wissens, das dann auf Tanks mit 2 m Durchmesser und mehr skaliert wird, bei ständiger Abstimmung der Computermodelle mit den Testergebnissen.

Ausrüstung, die den Unterschied macht: von AFP zur digitalen Qualitätsprüfung

Für die Herstellung großer Komposittanks ist die Automatisierung entscheidend. Maschinen zum automatischen Faserlegen (AFP/ATL) arbeiten mit großer Präzision, aber für kryogene Tanks ist ein zusätzliches „Auge in Echtzeit“ erforderlich. Eingebaute visuelle und thermische Inspektionssysteme während der Produktion ermöglichen es, Defekte auf der Schicht zu erkennen, auf der sie entstanden sind, bevor sie von tieferen Schichten verdeckt werden. Parallel dazu wird eine digitale Prozessaufzeichnung – ein digitaler Faden – durchgeführt, der später die Korrelation zwischen Defekten, Prozessen und dem Verhalten des Tanks im Test erleichtert.

Integration in Raketensysteme: nicht nur ein Tank, sondern ein ganzes Ökosystem

Ein Komposittank verändert auch andere Teile der Oberstufe: von kryogenen Leitungen und Ventilen über die Isolierung und Anti-Geysir-Lösungen bis hin zur Art und Weise, wie Boil-off und Druckentlastung auf der Startrampe gehandhabt werden. Es kommen subtile Entscheidungen ins Spiel, wo Sensoren platziert werden sollen, wie Kabel und Glasfasern verlegt werden müssen, um Vibrationen und thermischen Belastungen standzuhalten, und wie Serviceanschlüsse gelöst werden können, die mit der bestehenden Bodenausrüstung zum Befüllen kompatibel sind. All das muss in eine Masse und Volumetrie passen, die für die Leistung der Mission sinnvoll ist.

Die ökologische Perspektive: Wasserstoff, Emissionen und zukünftige Mobilität

Obwohl Raketenemissionen spezifisch sind und einen geringen Anteil an den globalen statistischen Zahlen ausmachen, werden die Technologien, die für den sicheren Umgang mit flüssigem Wasserstoff und leichten kryogenen Tanks entwickelt wurden, einen breiteren Einfluss haben. Das Wissen über Permeabilitätsbarrieren, Sicherheitszonen, Inertisierung und Leckerkennung wird in die Luftfahrt einfließen, die Wasserstoff als Treibstoff erforscht, aber auch in die Landmobilität und die Energieinfrastruktur, wo es entscheidend ist, Verluste und Risiken in der gesamten Kette zu reduzieren.

Was nach April 2026 folgt: der Weg zur Qualifikation

Wenn die Ergebnisse zeigen, dass der Komposit-Wasserstofftank die Kriterien für Dichtheit, Festigkeit und Haltbarkeit mit akzeptablen Margen erfüllt, werden die nächsten Schritte zu erweiterten Testkampagnen führen, einschließlich Tests zum langfristigen Halten von flüssigem Wasserstoff, hochzyklischen thermomechanischen Tests und Integrationsprüfungen auf Systemebene der Oberstufe. Parallel dazu wird die Produktion optimiert, nach Möglichkeiten für weitere Masseneinsparungen gesucht und die Standards finalisiert, die den Übergang von einem Demonstrator zu einer flugqualifizierten Konfiguration begleiten werden.

Schlüsselpunkte auf einen Blick

• Entwicklung von Komposittanks für flüssigen Wasserstoff und Sauerstoff für die Oberstufe der Ariane 6 mit dem Ziel einer erheblichen Masseneinsparung.


• Die Produktion des inneren Druckbehälters mit 2 m Durchmesser hat ihre ersten Phasen im September 2025 abgeschlossen; der Abschluss der Produktion ist bis Dezember geplant.


• Eine kritische Design-Überprüfung bis Ende 2025 wird den Beginn der Bauarbeiten am Teststandort ermöglichen.


• Die Testkampagne mit flüssigem Wasserstoff ist für April 2026 in Trauen (Deutschland) geplant; das Szenario beinhaltet eine schrittweise Annäherung an den Punkt vor dem Bruch.


• Parallel dazu schreitet auch ein lineless LOX-Tank im vollen Maßstab (ca. 3,5 m Durchmesser) voran, was die Reife von CFK-Lösungen für kryogene Bedingungen bestätigt.


• Das Projekt ist Teil des FLPP der ESA und baut die europäische Autonomie bei kritischen Technologien für zukünftige Trägersysteme aus.

Glossar der Begriffe zum schnellen Nachschlagen

• CFK (Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) – Kunststoff, der mit Kohlenstofffasern verstärkt ist; hohes Verhältnis von Festigkeit zu Masse.


• Kryogener Tank – ein Tank für ultratieftemperaturflüssige Stoffe (LH₂, LOX) bei Temperaturen unter −150 °C.


• Lineless – eine Tankkonstruktion ohne innere metallische/plastische Auskleidung; das Komposit hält die kryogene Flüssigkeit direkt.


• CDR (Critical Design Review) – eine formelle Überprüfung, die bestätigt, dass das Design für die nächste Phase bereit ist.


• AFP/ATL – automatisierte Methoden zum Legen von Fasern oder Bändern aus Komposit mit hoher Wiederholgenauigkeit.