Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/segelflug-die-hoehenflieger-1809-136564.html    Veröffentlicht: 14.09.2018 11:58    Kurz-URL: https://glm.io/136564

Segelflug

Die Höhenflieger

In einem Experimental-Segelflugzeug von Airbus wollen Flugenthusiasten auf gigantischen Luftwirbeln am Rande der Antarktis fast 30 Kilometer hoch aufsteigen - ganz ohne Motor. An Bord sind Messinstrumente, die neue und unverfälschte Daten für die Klimaforschung liefern.

25 Meter Spannweite. Zehn Meter lang. 816 Kilogramm Startgewicht. Gebaut ausschließlich aus Hightech-Werkstoffen und vollgestopft mit Messgeräten. Die Airbus Perlan Mission 2 ist ein filigranes Segelflugzeug. Dennoch wollen die Flugenthusiasten um Chefpilot Jim Payne, Testpilot der US Air Force und zigfacher Segelflugrekordhalter, damit höher aufsteigen als alle Segler vor ihnen. Sie wollen die Erdatmosphäre verlassen und in die Stratosphäre gleiten, in den fast luftleeren Raum, der rund 15 Kilometer über dem Erdboden beginnt und sich bis in eine Höhe von 50 Kilometern erstreckt. Und das alles ohne Motor. Lediglich starke Aufwinde sollen sie nach oben tragen.

Dass das generell möglich ist, vermuten Flugpioniere seit rund 100 Jahren. Dass es tatsächlich geht, haben 2006 die Piloten Einar Enevoldsen und Steve Fossett gezeigt: Sie stiegen mit der Perlan 1 auf 15.462 Meter. Geflogen sind die beiden ihren Rekord damals am selben Platz und zur selben Jahreszeit wie Payne und und sein Co-Pilot Morgan Sandercock jetzt: Winter in Patagonien, Argentinien, dem Vorposten der Antarktis.

Der Winter in der südlichen Hemisphäre bietet perfekte Bedingungen für die Rekordsegler. Denn nur im Winter und nur für wenige Wochen schiebt sich der Polarwirbel weit genug nach Norden. In der Gegend um das patagonische Örtchen El Calafate, wo auch der Flugplatz liegt, trifft der Wind auf die Anden.

Während die Winde das Gebirge umwehen, bilden sie westlich, im Lee, einen gigantischen Wirbel, der sich in Höhen bis rund 30 Kilometer aufschwingt. Es ist gewissermaßen das Pendant zu den Riesenwellen in den Ozeanen, in die sich Surfer wagen. Nur dass die stratosphärischen Höhenwellen unsichtbar sind. Erst spezielle, dreidimensionale Anzeigeinstrumente machen sie für die Piloten sichtbar. Auf diesen Wellen surfen die Segelflieger in die Höhe.

Wie hoch die Perlan-Crew hinaus will, verdeutlicht das Fluggerät: Statt der bei Segelfliegern üblichen Glashaube hat es viele kleine, elliptische Bullaugen, die dem Kabineninnendruck besser standhalten. Der wird auf konstanten 4.200 Metern Flughöhe gehalten. Das ist nötig, denn die angestrebte Flughöhe ist eher etwas für Raumfahrer denn für Segelflieger. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Segelflugzeugen hat Perlan eine Druckkabine. Der Kohlefaserrumpf ist wie bei großen Linienjets hermetisch abgeschlossen. Das ist nötig, denn in großer Höhe ist die Umgebung tödlich: eisige Temperaturen bis minus 70 Grad und ein minimaler Sauerstoffgehalt, bei dem man sofort bewusstlos würde.

Damit die Piloten nicht erfrieren, tragen sie heizbare Kleidung. Damit sie atmen können, haben sie sogenannte Rebreather an Bord. Normalerweise nutzen Profitaucher oder Feuerwehrleute solche Kreislaufatemgeräte. In ihnen zirkuliert die Atemluft im Kreis, Kohlendioxid wird herausgefiltert, lediglich der Sauerstoff wird erneuert. Rebreather sind klein, leicht und effizient, also ideal im engen Cockpit.

Auf den ersten Blick wirkt es, als sei dieses Flugzeug viel zu zerbrechlich für diesen Einsatz.

Perlan stellt Rekorde auf

Doch das Perlan-Team weiß genau, was es tut. Und hat auch längst bewiesen, was es kann. Im Vorjahr kletterten die beiden Piloten Payne und Sandercock auf 15.902 Meter und toppten die bisherige Bestmarke aus dem Jahr 2006.

In diesem Jahr waren die Bedingungen besonders gut. Binnen weniger Tage wurde der Höhenrekord gleich zweimal geknackt. Am 28. August erreichten sie 65.605 Fuß, fast 20.000 Meter. Am 2. September segelten sie dann auf 76.000 Fuß - 23 Kilometer. Die Welle beförderte die beiden Piloten nach oben wie ein Aufzug: Mit fünf Metern in der Sekunde segelten sie dem Weltrekord entgegen. "Airliner steigen in etwa mit derselben Geschwindigkeit", sagt Team-Chef Ed Warnock.

Weshalb die Bedingungen in diesem Jahr so gut waren, ist schwer zu sagen. Eine Verbindung zwischen den global heißen Sommertemperaturen dieses Jahres in den subtropischen und gemäßigten Zonen der Erde und dem sogenannten Polarwirbel, einem großräumigen Höhentief, das westwärts um den Südpol wehe und die Rekordflüge erst ermögliche, sei schwer herzustellen. "Klar ist, dass die Eisschmelze in den Polarregionen durch die Temperaturerhöhung Einfluss auf den Polarvortex hat", sagt die Perlan-Meteorologin Elizabeth Austin.

Perlan will höher hinaus als die Blackbird

Ziel der Perlan-Crew ist es nicht nur den Seglerrekord zu knacken, sondern den Gesamtrekord für Flächenflugzeuge. Der wurde 1975 mit dem zweistrahligen Aufklärungsflugzeug Lockheed SR-71 Blackbird aufgestellt: 25.929 Meter. Ausgelegt ist der Extremsegler Perlan für Höhenflüge bis 90.000 Fuß, also über 27 Kilometer.

Doch der Perlan-Crew geht es nicht nur um Rekorde. An Bord sind Sensoren für Temperatur, Luftfeuchte und -druck sowie Ozongehalt. Für die Messung sind Segelflugzeuge besonders geeignet, weil sie keine verfälschenden Abgase erzeugen. Die Daten sind für Klimaforscher aufschlussreich. "Es geht um den Austausch der Luftschichten zwischen Tropos- und Stratosphäre, den ausschließlich Stratosphärenwellen und Vulkane verursachen", sagt Warnock. Bislang werde dieses Thema in den Klimamodellen vernachlässigt - weil es kaum Messwerte dazu gebe. Perlan will sie liefern.

Mit anderen Fluggeräten sind solche Messungen kaum möglich: Düsenjets fliegen viel zu schnell, Hubschrauber nicht hoch genug, und Ballone driften zu sehr ab. Segelflugzeuge hingegen stehen fast stationär über einer Stelle - wenn der Wind stark genug von vorn kommt.

Die Piloten müssen den Einstieg finden

Um die Welle überhaupt zu finden, brauchen die Piloten allerhand Gespür. Genau genommen ist es auch nicht eine Welle, die bis nach oben führt, sondern verschiedene Wellen, die treppenartig angeordnet sind. Man muss nur wissen, wo sie sind. Um die Welle zu reiten, müssen die Piloten im Prinzip nur an der richtigen Stelle quer zum Wind fliegen - hoch geht's dann von allein.

Beim Rekordflug im Vorjahr sei es nicht ganz leicht gewesen, in der Welle zu bleiben. "Besonders in der ersten, nach dem Flugzeugschlepp, die uns auf rund 6.000 Meter hievte. Wir mussten viele enge Kurven fliegen, um in der kleinen Aufwindzone zu bleiben", sagt Sandercock. "Wir fanden Aufwinde an vier verschiedenen Stellen und gewannen an Höhe. Jeder Ort brachte uns etwas höher", ergänzt Payne.

Das Problem ist, dass die Primärwelle irgendwo bei 10.000 Metern endet und die Piloten dann den Einstieg in die Sekundärwelle finden müssen. Erfahrene Piloten erkennen diesen Übergang zwischen Tropos- und Stratosphäre an einer plötzlichen Temperaturänderung.

Oben ist es gefährlich

"Die kälteste Temperatur hatten wir mit minus 68,7 Grad gemessen, auf 11.200 Meter. Über der Tropopause wärmte es sich dann auf minus 54,4 Grad auf. So kalt ist selbst die Oberfläche des Mars nur nachts", sagt Sandercock. Jetzt wussten sie, dass sie auf Rekordkurs waren.

In diesem Jahr stiegen die Piloten viel höher ein. Sie ließen sich direkt auf rund 12.000 Meter schleppen. Das ermöglichte ein neues Schleppflugzeug: eine Egrett, ein in den 1980er-Jahren vom deutschen Unternehmen Grob gebauter Höhenaufklärer. Mit ihrem Turbopropantrieb kommt sie auf bis zu 15.240 Meter.

Das Schleppen auf so große Höhe habe einige Vorteile, sagt Airbus-Ingenieur Lars Bensch, der das Perlan-Team unterstützt. "Hohe Schlepps ermöglichen es, eine größere geographische Region vor dem Ausklinken zu durchfliegen. Schon im Schleppvorgang werden die Daten von Perlan mit den Wettermodellen verglichen. Somit werden wichtige Erkenntnisse über die Genauigkeit der Wettermodelle gesammelt. Sie ersparen zudem Zeit, da die Wellen nur unter bestimmten Bedingungen in einem engen Zeitfenster entstehen und danach auch wieder verschwinden. So sparen wir kostbare Ressourcen wie Sauerstoff, Batterielaufzeit und Druckluftvorrat."

Perlan fliegt höher als Verkehrsflugzeuge

Auf der Höhe, in der Perlan ihren Segelflug beginnt, sind für gewöhnlich Linienjets unterwegs. Im Innern des Seglers ist es dann etwa minus 20 Grad kalt. Teils sind die Bullaugen zugefroren. Die Piloten verlassen sich auf die Außenkamera und den kleinen Bildschirm. Wichtiger als die Sicht aus dem Fenster sind ohnehin die Instrumente. Sie zeigen an, wo es nach oben geht.

Und wo es gefährlich wird: Da die Luft in dieser Höhe extrem dünn ist, muss die Perlan extrem schnell fliegen, um genügend Auftrieb zu erzeugen. Während sie in Bodennähe mit rund 200 km/h unterwegs ist, sind es oben bis zu 450. Das birgt Gefahren: Allen voran die Coffin Corner, auf Deutsch: Sargecke. Gemeint ist eine Flugsituation, bei der sich Mindest- und Höchstgeschwindigkeit gefährlich annähern.

Die Piloten müssen ihr Flugzeug penibel genau steuern, um im engen Geschwindigkeitsfenster zu bleiben. Einerseits wollen sie den Strömungsabriss an den Flügeln verhindern, andererseits das Flattern, wobei die Flugzeugstruktur gefährliche Eigenschwingungen erfahren kann. Damit alles im grünen Bereich bleibt, analysiert auch die Bodencrew in regelmäßigen Abständen durch Tests die Belastungswerte der Flugzeugstruktur. Auch die Überlebenssysteme werden kontinuierlich überprüft.

"Dieses Flugzeug ist praktisch ständig in der Flugerprobung. Wir haben regelmäßig Tests durchgeführt und den Flieger für das nächste Höhenlevel freigegeben", sagt Bensch. Sein Arbeitgeber, Airbus, ist an den Höhenflugergebnissen interessiert. Denn auch er könnte von dem Höhenschub, den die Winde liefern, profitieren. "Wenn man den Piloten anzeigen könnte, wo genau sich die Aufwinde der Wellen befinden, könnten sie ihre Flugroute verlagern, und so die Aufwinde nutzen, um Sprit zu sparen", sagt Team-Chef Warnock.

Teil der Messkampagne sind auch Daten zu den Auswirkungen der Höhenstrahlung auf Piloten und Flugzeuge. "Das ist fraglos ein Technologietreiber, der Grenzen pushen wird", sagt Airbus-Mann Bensch.  (dha)


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