Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/scramjet-hyperschalltriebwerk-erfolgreich-getestet-1605-121050.html    Veröffentlicht: 24.05.2016 09:00    Kurz-URL: https://glm.io/121050

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.

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.



Neues Spielzeug für das Militär

Die Entwicklung von Scramjets wird hauptsächlich von militärischen Institutionen gefördert und ist auch für militärische Anwendungen gedacht. Offizielle Präsentationen des Projekts stellen aber durchweg schnellere Reisen mit Flugzeugen, die Entwicklung billigerer Raumfahrzeuge und Forschung in der Luftfahrt in den Vordergrund. Militärische Zwecke werden dagegen nicht direkt erwähnt.

Seit 2014 werden von den USA ähnliche Tests von Hyperschallfahrzeugen durch China beobachtet. Das DF-ZF wird in den USA durchweg als eine Bedrohung und der einzige Zweck der Entwicklung von Scramjets in der militärischen Nutzung gesehen.

Zu viel Treibstoff für die zivile Nutzung

Derzeit sollen Scramjets hauptsächlich entwickelt werden, um ausdauernde Flüge in der Atmosphäre mit Geschwindigkeiten über Mach 5 zu ermöglichen. Anders als Raketenantriebe können sie damit auf zusätzlichen Sauerstoff oder einen anderen Oxidator verzichten, die in Raketentriebwerken etwa zwei Drittel der Treibstoffmasse ausmachen. Anders als ballistische Raketen bleibt der Flugkörper durch den Flug in der Atmosphäre jederzeit steuerbar und ist nicht auf vorhersehbare ballistische Flugbahnen angewiesen.

Das erste militärische Ziel dürfte damit die Entwicklung von Marschflugkörpern sein, die pro Sekunde zwei bis drei Kilometer zurücklegen, deren Ziel nicht berechenbar ist und die mit derzeit vorhandener Militärtechnik nicht abzufangen sind. Anwendungen für hyperschallschnelle Militärflugzeuge und Triebwerke von Trägerraketen sind zwar denkbar, aber die aktuellen experimentellen Triebwerke sind dafür noch zu schwer - vom Problem der nötigen Startgeschwindigkeit ganz abgesehen. Vor allem beim Treibstoffverbrauch haben Scramjets gegenüber herkömmlichen Raketentriebwerken einen Vorteil: Der Verbrauch eines Scramjets bewegt sich bei gleichem Schub bei etwa einem Drittel bis einem Viertel von dem eines herkömmlichen Raketentriebwerks.

Im Vergleich zu den Triebwerken, die in der zivilen Luftfahrt verwendet werden, ist der Treibstoffverbrauch von Scramjets indes viel höher. Er liegt beim Dreifachen eines Jetantriebs mit Nachbrenner, wie ihn etwa die Concorde benutzt hat. Turbofantriebwerke moderner Verkehrsflugzeuge haben sogar eine über sechsmal so hohe Treibstoffeffizienz. Die Flugkosten wären wesentlich höher als bei einfachen Überschallflügen - und damit schlicht zu hoch.

Atlantiküberquerungen in weniger als einer Stunde werden für Passagiere damit ein Traum bleiben. Für die Militärs könnten die neuen Triebwerke dagegen zum strategischen Kalkül des 21. Jahrhunderts gehören.  (fwp)


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