Scramjet: Hyperschalltriebwerk erfolgreich getestet

Die Nasa, das DLR und einige militärische Forschungsinstitute haben erfolgreich ein Scramjet-Triebwerk getestet. Die Technologie soll ausdauernde Flüge über Mach 5 ermöglichen.

Artikel veröffentlicht am 24. Mai 2016, 9:00 Uhr, Frank Wunderlich-Pfeiffer

Der erste erfolgreiche Scramjet-Test (Bild: DSTO)

Das internationale Hifire-Projekt hat den erfolgreichen Test eines Scramjets vermeldet. Diese Triebwerke funktionieren bei wesentlich höheren Geschwindigkeiten als herkömmliche Düsentriebwerke. Beim Hifire-5-Test wurde der Prototyp mit einer umgebauten Höhenforschungsrakete von der Woomera Test Range in Australien gestartet. Mit Hilfe des Scramjets konnte eine Geschwindigkeit von Mach 7,5 gehalten werden.

Mit der Technik sollen ausdauernde Flüge mit Geschwindigkeiten im "Hyperschallbereich" über Mach 5 auch ohne Raketentriebwerke möglich werden. Das Projekt Hifire wird unter anderem von der Nasa, einem Forschungsprogramm der US Airforce, der Forschungsabteilung des australischen Verteidigungsministeriums (Defence Science and Technology Organisation, DSTO) und dem Deutschen Institut für Luft- und Raumfahrt (DLR) unterstützt. Dazu kommen die Firma Boeing und die australische University of Queensland.

Billigere Tests, die manchmal scheitern

Der aktuelle Test war der fünfte von zehn geplanten Flügen des Hifire-Projekts, das wiederum selbst eines von einer ganzen Reihe von Projekten zur Entwicklung der Technik ist. Neu ist bei Hifire vor allem die Benutzung von umgebauten Höhenforschungsraketen, um die nötigen Flughöhen und Fluggeschwindigkeiten zu erreichen. In vorangegangenen Projekten wurden die Prototypen von B-52-Bombern in die Luft gebracht und dort mit Pegasus-Raketen oder militärischen Trägerraketen beschleunigt.

Das hat sich als zu teuer erwiesen. In den neuen Projekten soll eine etwas geringere Zuverlässigkeit der Raketen in Kauf genommen werden, um die Entwicklung zu beschleunigen. Der nun absolvierte Flug war die Wiederholung eines 2012 gescheiterten Tests.

Mit Überschall zum Hyperschall

Ein Scramjet ermöglicht höhere Geschwindigkeiten als andere Formen von Düsentriebwerken, weil sich keine Turbinen und ähnliche bewegliche Teile in dem Triebwerk befinden. Stattdessen wird die anströmende Luft allein durch die Form des Triebwerks komprimiert. Dazu muss sich das Flugzeug aber schon im Flug befinden. In dem komprimierten Luftstrom wird Treibstoff zugesetzt und verbrannt. Dabei erhöht sich der Druck im Triebwerk und der Luftstrom kann mit einer Düse noch weiter beschleunigt werden.

Der Scramjet funktioniert damit nach dem gleichen Prinzip wie der etwas einfachere Ramjet. Aber dort wird die Luft vor dem Verbrennen des Treibstoffs im Inneren unter Schallgeschwindigkeit abgebremst. Dadurch ist der Verbrennungsprozess leichter zu kontrollieren und das gesamte Triebwerk kann im Teststand auf dem Boden entwickelt werden.

Die Überschallgeschwindigkeit im Inneren ist das größte Problem für die Entwicklung eines Scramjets. Denn die Bedingungen in der überschallschnellen Luftströmung in der Stratosphäre lassen sich noch nicht mit Windtunnels am Boden simulieren. Bei der Entwicklung funktionierender Triebwerke mussten die Techniker aber nicht nur die Verbrennung, sondern auch die Wärmebelastung und die Schockwellen im Überschallbereich kontrollieren. Das ist nötig, sonst lässt sich die Austrittsgeschwindigkeit aus der Düse ab einem bestimmten Punkt nicht weiter steigern, ohne auch eine schnellere Luftströmung im Inneren des Triebwerks zuzulassen.

Theoretisch sollte es möglich sein, auch Scramjet-Hybridtriebwerke zu entwickeln, die mehrere Geschwindigkeitsbereiche abdecken, um auch aus dem Stand starten zu können. Die J-58 Triebwerke der SR-71 Blackbird, eines der schnellsten Flugzeuge der Welt, benutzten beispielsweise eine herkömmliche Turbine für den Start und den Flug bei niedrigen Geschwindigkeiten. Bei hohen Geschwindigkeiten wurde die Turbine fast vollständig vom Luftstrom umgangen, wodurch das Triebwerk effektiv zum Ramjet wurde. Vor der Entwicklung eines solchen Hybrids muss aber zunächst die Technik eines reinen Scramjets beherrscht werden.