Was ein Raketenstart vom Flugzeug bringt

Die Flughöhe von etwa 10 km ist dabei nur ein kleiner Faktor. Immerhin muss die Rakete nicht sofort an Höhe Gewinnen und kann beim Start auch etwas schubschwächere Triebwerke verwenden. Aber viel wichtiger sind der niedrige Luftdruck auf dieser Höhe, die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs und die Flexibilität bei der Wahl des Abflugortes. Je nach Standort und geplantem Orbit kann das Flugzeug große Vorteile bieten oder Starts überhaupt erst möglich machen.

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Ein Flugzeug kann in der Nähe von bewohntem Gebiet starten und für den Start über das Meer fliegen. So müssen vor dem Raketenstart nicht alle Flugzeuge und Schiffe um die Startrampe aufgefordert werden, die Gegend zu verlassen; das Flugzeug kann in eine verlassene Gegend fliegen. Bei Wetterlagen mit ungünstigen Höhenwinden kann auch ein Ort mit besserem Wetter ausgewählt werden.

Das Flugzeug hat auch den Vorteil, zum Äquator fliegen zu können. Von dort kann eine Nutzlast ohne kostspielige Flugmanöver der Rakete oder der Satelliten direkt nach dem Start in äquatoriale Orbits gelangen. Im Extremfall, wenn ein Satellit vom Startgelände Cape Canaveral in Florida in einen niedrigen äquatorialen Orbit fliegen soll, muss eine Rakete in der Nähe des Äquators eine Kurskorrektur fliegen, die ihr fast so viel Leistung abfordert, als wenn sie direkt zum Mond fliegen würde. Meistens ist der Effekt aber deutlich kleiner.

Große Düsen und niedriger Luftdruck machen Triebwerke effizienter

Die Nutzung der etwas höheren Rotationsgeschwindigkeit der Erde am Äquator bringt dagegen nur einige Hundert Kilometer pro Stunde an zusätzlicher Geschwindigkeit zur Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs. Für einen weiteren Vorteil, der etwa genauso groß wie diese beiden Effekte ist, sorgt der geringe Luftdruck in der Flughöhe. Der Luftdruck wirkt den austretenden Verbrennungsgasen des Raketentriebwerks entgegen und verlangsamt sie. Auf 10 km Flughöhe beträgt er nur noch ein Viertel und entsprechend sinken die Verluste. Außerdem ist dabei die Verwendung eines Triebwerks mit größerer Düse möglich.

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Der Druck der Gase im Abgasstrahl eines Raketentriebwerks sorgt dafür, dass die Verbrennungsgase zur Seite gedrückt werden, statt sich noch schneller weg vom Triebwerk zu bewegen. Die Düse nimmt diese seitlichen Kräfte auf und lenkt sie in die richtige Richtung. Im Ergebnis liefert das Triebwerk mehr Schub beim gleichen Treibstoffverbrauch. Allerdings sinkt dabei der Druck der Verbrennungsgase im Abgasstrom.

Wird der Druck zu niedrig, kann der äußere Luftdruck einen unkontrollierten Strömungsabriss am Ende der Düse verursachen, der zu Vibrationen und zur Zerstörung der Düse führt. Aber mit einer kleineren Düse verliert ein Triebwerk während des gesamten Flugs im Vakuum an Effizienz. Der niedrige Luftdruck ermöglicht die Verwendung einer großen Düse von Anfang an und am Ende liegt der Geschwindigkeitsunterschied bei einigen Hundert Metern pro Sekunde, trotz gleichen Treibstoffverbrauchs.

Große Pläne für Launcher One

Virgin Orbit wird nun die Ursache für das Versagens der Rakete bei ihrem ersten Flug untersuchen. Eine neue Rakete steht kurz vor der Fertigstellung und sechs weitere Raketen sind im Bau. Je nach festgestellter Ursache für das Versagen könnte der nächste Startversuch schon in einigen Wochen erfolgen. Schon für Juli war für den Fall eines Erfolgs der erste Start mit Satelliten an Bord geplant.

Virgin Orbit hat große Pläne für Launcher One. Da statt einer Startrampe nur ein Flughafen benötigt wird, sollen Raketenstarts aus allen Ländern möglich sein. Mit einer dritten Raketenstufe sollen sogar kleine Sonden mit einem Gewicht von 100 kg zum Mond, 70 kg zur Venus und 50 kg zum Mars fliegen können.

Etwa zehnmal so schwere Raketen und Nutzlasten sollten einst mit dem Stratolaunch Flugzeug gestartet werden. Dessen Betreibergesellschaft nahm nach dem Tod des Firmengründers Paul Allen allerdings Abstand von diesem Vorhaben.

Nachtrag vom 26. Mai 2020, 12:14 Uhr

Virgin CEO Dan Hart sagte zum Testflug, dass das Triebwerk der ersten Stufe einige Sekunden lief, bevor es darin zu einem unbekannten Fehler kam.

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 Launcher One: Erster Startversuch der Rakete vom Flugzeug missglückt
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