Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/darpa-raketenflugzeug-mit-wenig-geld-1706-128170.html    Veröffentlicht: 02.06.2017 07:00    Kurz-URL: https://glm.io/128170

Darpa

Raketenflugzeug mit wenig Geld

Mit Hilfe des neuen Raketenflugzeugs XS-1 will das US-Militär 1,3 Tonnen schwere Satelliten für nur fünf Millionen US-Dollar in den Orbit bringen. Für die hoch gesteckten Ziele wird aber kaum Entwicklungsgeld zur Verfügung gestellt.

Mit dem Space Shuttle ist immer der Traum verbunden gewesen, wie mit einem Flugzeug jederzeit in den Orbit zu fliegen. Darpa, die Technologieagentur des US-Militärs, will den Traum nach Jahren wahr machen. Neben vielen Mitbewerbern hat jetzt Boeing den Auftrag bekommen, mit einem Budget von 140 Millionen US-Dollar das Weltraumflugzeug XS-1 zu entwickeln, das mithilfe einer kleinen Raketenstufe Satelliten in den Weltraum bringen soll. Jeder Flug soll nur fünf Millionen US-Dollar kosten. Ob dieses Ziel realistisch ist, darf in Frage gestellt werden.

Denn schon die Bewertungskriterien zur Auswahl von Konstruktionsvorschlägen für das XS-1 sprechen Bände. "Cost Realism" und "Schedule Realism", also eine realistische Einschätzung von Kosten und Zeitplänen, spielten dabei explizit nur eine untergeordnete Rolle. Ausschlaggebend soll dagegen die technische und wissenschaftliche Entwicklung sein.

Das XS-1 ist schneller als die Falcon 9

Das Prinzip erinnert an die Rakete Falcon 9, deren erste Raketenstufe nicht in der Orbit gelangt, sondern wieder landet. Das XS-1 ist mit 3,4 Kilometer pro Sekunde zwar deutlich schneller als die erste Stufe der Falcon 9, die nur 2,3 Kilometer pro Sekunde erreicht, aber trotzdem nicht schnell genug, um einen Orbit zu erreichen. Eine herkömmliche Raketenstufe soll dann die bis zu 1350 Kilogramm schweren Satelliten in einen polaren Orbit bringen.

Das Testprogramm für das XS-1 ist in drei Phasen aufgeteilt. In der ersten Phase sollen zehn Flüge mit dem Triebwerk am Boden getestet werden, in der zweiten Phase soll es in zehn Tagen zehn Flüge mit nicht mehr als der halben Geschwindigkeit unternehmen und zum Startplatz zurückkehren. Erst in einer dritten Phase soll die volle Geschwindigkeit erreicht werden und später auch ein Satellit mit Hilfe einer zweiten Raketenstufe in einen Orbit gebracht werden.

Wegen der hohen Endgeschwindigkeit wird das XS-1 dann nicht wieder im Flug zur Startrampe zurückkehren und innerhalb von einem Tag wieder startklar sein können. Oberhalb der Atmosphäre können nur die Raketentriebwerke die Flugrichtung umkehren. Das bedeutet ohne extremen Leichtbau einen zu großen Treibstoffbedarf. Die Flügel helfen allerdings dabei, in der Wahl der Landeplätze flexibler zu sein, als es die Falcon 9 sein könnte.

Als Antrieb für das XS-1 soll wegen der hohen Treibstoffeffizienz und der hohen Endgeschwindigkeiten ein Wasserstoff-Raketentriebwerk zum Einsatz kommen. Das soll Aerojet-Rocketdyne liefern und die Bezeichung AR-22 tragen. Dieses AR-22 ist tatsächlich einfach nur eine ältere Version des RS-25-Space-Shuttle-Triebwerks. Zuletzt flog die Raumfähre mit der Version RS-25D. Die Firma hat aber noch übrig gebliebene Bauteile von älteren Triebwerken, aus denen die AR-22 zusammengebaut werden sollen.

Diese Triebwerke waren im Einsatz beim Space Shuttle zwar als wiederverwendbar, aber sehr wartungsanfällig bekannt. Nach jedem Flug mussten die drei Triebwerke ausgebaut, demontiert und inspiziert werden. Pro Shuttle Mission wurden dafür etwa 1500 Arbeitsstunden aufgewendet. Beim Einsatz in einem unbemannten Flugzeug lassen sich die Anforderungen an die Zuverlässigkeit zwar senken und auch der Schub könnte gesenkt werden, um die Abnutzung zu reduzieren. Es sind aber Zweifel angebracht, ob solche Maßnahmen ausreichen, um tägliche Flüge ohne größere Reparaturen mit einem derart komplexen Triebwerk zu erlauben.



So viel Entwicklungsarbeit und so wenig Geld

Satelliten würde das XS-1 mit Hilfe einer Einwegraketenstufe in den Orbit bringen. Der Auftrag zu deren Entwicklung ging an Vector Space Systems. Das ist eine US-Firma, die eine kleine zweistufige Raketen zum Start von Satelliten bauen will, aber bisher nur einen Demonstrationsflug zu PR-Zwecken auf 1,3 Kilometern Höhe zeigte. Die erste Stufe der Vector-H-Rakete wiegt aufgetankt etwa sechs Tonnen und entspricht weitgehend den Anforderungen für die Oberstufe.

Die Rakete allein soll drei Millionen Dollar pro Start kosten. Auch wenn für den Zweck nicht die gesamte Rakete benutzt wird, dürfte die Raketenstufe mehr ein Drittel des Budgets von fünf Millionen US-Dollar pro Flug ausmachen. Vorausgesetzt, die Firma ist tatsächlich in der Lage, so eine Raketenstufe zu bauen. Demonstriert hat sie das bisher noch nicht.

Außerdem benötigt die gesamte Struktur ein Hitzeschutzschild, denn auch beim Wiedereintritt mit nur 3,4 Kilometern pro Sekunde entstehen Temperaturen über 1000 Grad Celsius. Dazu kommt die Entwicklung der nötigen Aerodynamik und einer automatisierten Flugkontrolle, die eine langsame Landung ebenso wie den kontrollierten Hyperschallflug mit Mach 12 ermöglichen müssen. Das alles für ein Entwicklungsbudget von 140 Millionen US-Dollar.

Darpa hofft auf kostenlose Hilfe

Das ist viel zu wenig Geld für so ein Projekt. Selbst SpaceX hat nach eigenen Angaben rund eine Milliarde US-Dollar ausgegeben, um aus der vollständig erprobten Falcon 9 eine wiederverwendbare Rakete zu entwickeln. Den Rest will Darpa aus dem frei verfügbaren Budget der Agentur bestreiten und hofft auf kostenlose Zuarbeit der anderen Unternehmen, die sie auch bekommt.

Nur ein Beispiel: Der Triebwerkslieferant Aerojet Rocketdyne des XS-1 ließ sich allein den Bau von sechs RS-25E-Triebwerken für die Schwerlastrakete SLS etwa 1,4 Milliarden US-Dollar kosten. Weitere Triebwerke sollen danach pro Stück nur noch 40 bis 50 Millionen US-Dollar kosten. Sie entsprechen weitgehend den Space-Shuttle-Triebwerken und sind mit den AR-22-Triebwerken des XS-1 vergleichbar.

Schon das letzte Darpa Projekt scheiterte

Schon eines der zurückliegenden Darpa Projekte beschäftigte sich damit, einen Satelliten von einem Flugzeug aus zu starten. Eine kleine Rakete sollte mit einem F-15E-Kampfflugzeug aus der Luft gestartet werden und einen 45 Kilogramm schweren Satelliten starten. Alasa (Airborne Launch Assist Space Access) sollte nur einen Treibstofftank mit einer Mischung aus Ethin und Lachgas (Distickstoffmonoxid) haben.

Das Ergebnis sollte ein Raketenantrieb ohne Pumpen sein, eine simple Einspritzdüse für nur einen Treibstoff und trotzdem die Effizienz eines Kerosin-Sauerstoff-Triebwerks haben. Aber beide Stoffe sind instabil und in Reinform explosiv. Ethin wird seit 1930 nur in granulatgefüllten Druckflaschen aufbewahrt, in denen es beispielsweise in Aceton gelöst ist, um es zu stabilisieren und spontane Explosionen zu verhindern. Auch Lachgas ist potenziell explosiv.

Drei Techniker von Virgin Galactic starben, als ein Lachgastank bei einem Triebwerkstest von SpaceShipTwo explodierte. Eine Rakete gefüllt mit einem Gemisch dieser beiden Stoffe sollte nun mit einem bemannten Flugzeug gestartet werden. Wenig überraschend wurden die Pläne nach zwei Tests am Boden aufgegeben, bei denen die Rakete explodierte.

Es bleibt abzuwarten, ob der Plan von Darpa nicht zu einem ähnlichen Ergebnis führt, wenn zehn vollständige Missionen in zehn Tagen mit einem Space-Shuttle-Triebwerk ohne größere Wartungsarbeiten durchzuführen sind.  (fwp)


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