Riesige elektromagnetische Kanone könnte Hyperschallflugzeuge ins All schießen

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Ein Forscherteam möchte eine elektromagnetische Kanone bauen, mit der Flugzeuge mit hoher Geschwindigkeit ins All befördern können.

Chinas Raumflugzeug-Design. Foto: Weibo — Chinas Raumflugzeug-Design. Foto: *Weibo*

Chinesische Wissenschaftler und Ingenieure arbeiten daran, die wichtigsten Fortschritte der letzten Jahre im elektromagnetischen Start und im Hyperschallflug zu kombinieren. Ihr Ziel ist es, ein Hyperschallflugzeug mithilfe einer riesigen elektromagnetischen Startbahn auf Mach 1,6 (1.975 km/h) zu beschleunigen. Anschließend soll sich das Flugzeug von der Bahn lösen, seine Triebwerke zünden und mit siebenfacher Schallgeschwindigkeit (8.643 km/h) ins All schießen. Das 50 Tonnen schwere Raumflugzeug, das länger ist als eine Boeing 737, ist Teil des 2016 angekündigten Tengyun-Projekts, berichtete die „Mail“ am 14. März.

Der Eigenantrieb des Flugzeugs zum Abheben verbraucht enorme Mengen Treibstoff. Um die Sicherheit bei langsamen Starts zu gewährleisten, müssen Wissenschaftler und Ingenieure das aerodynamische Design und die Triebwerksanordnung anpassen, was sich auf die Leistung bei Hochgeschwindigkeitsflügen auswirkt. Das Expertenteam des Projekts ist jedoch zuversichtlich, viele der Probleme lösen zu können.

„Die elektromagnetische Starttechnologie bietet eine vielversprechende Lösung zur Bewältigung der oben genannten Herausforderungen und wird zu einer strategischen Technologie, die von führenden Ländern der Welt verfolgt wird“, sagte der Wissenschaftler Li Shaowei vom Air Vehicle Technology Research Institute der China Aerospace Science and Industry Corporation (CASIC) in einem Artikel, der in der Zeitschrift Acta Aeronautica veröffentlicht wurde.

Um diese Hypothese zu testen, errichtete CASIC, einer der führenden chinesischen Rüstungs- und Luftfahrtkonzerne, in Datong in der Provinz Shanxi eine zwei Kilometer lange Testanlage für Hochgeschwindigkeits-Magnetschwebebahnen mit Niedervakuum. Die Anlage kann schwere Objekte auf Geschwindigkeiten von bis zu 1.000 km/h beschleunigen, was nahezu Schallgeschwindigkeit entspricht. In den kommenden Jahren soll die Teststrecke erweitert werden, um eine maximale Betriebsgeschwindigkeit von 5.000 km/h zu erreichen.

Dabei handelt es sich um eine spezielle Anlage für elektromagnetische Antriebe, die die Entwicklung der nächsten Hochgeschwindigkeitszüge unterstützt und gleichzeitig wichtige wissenschaftliche und technische Daten für das elektromagnetische Weltraumprojekt sammelt. In Jinan, der Hauptstadt der Provinz Shandong, ist unter der Aufsicht der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) eine weitere riesige Magnetschwebebahn in Betrieb, die ein Experiment mit einer ultraschnellen elektromagnetischen Rikscha unterstützt.

China ist nicht das erste Land, das ein elektromagnetisches Weltraumstartsystem vorschlägt. Die Idee stammt aus dem Kalten Krieg. In den 1990er Jahren versuchte die NASA, die Idee in die Tat umzusetzen, indem sie zunächst eine 15 Meter lange Mini-Teststrecke baute. Aufgrund fehlender Finanzierung und technischer Schwierigkeiten betrug die tatsächliche Länge der fertiggestellten Strecke jedoch weniger als 10 Meter. Schließlich wurde das Projekt aufgegeben, und Regierung und Militär konzentrierten ihre Ressourcen stattdessen auf die Entwicklung einer langsamen elektromagnetischen Katapulttechnologie für Flugzeugträger. Doch auch die USS Ford, der erste Flugzeugträger, der mit dieser neuen Technologie ausgestattet wurde, stieß auf Probleme. Aufgrund erheblicher Rückschläge bei der elektromagnetischen Starttechnologie stellte das US-Militär die Entwicklung verwandter Projekte wie Railguns ein und konzentrierte sein Budget auf Hyperschallraketen.

Schon früh in der Forschung stellten Li und seine Kollegen fest, dass die NASA keine Windkanaltests durchgeführt hatte, um die Fähigkeit des Raumfahrzeugs, sich vom Graben zu lösen, sicherzustellen. Ursprünglich hatte die NASA geplant, das Shuttle auf 700 km/h zu beschleunigen, um Raketen überflüssig zu machen. Chinesische Wissenschaftler hielten diese Geschwindigkeit jedoch für zu niedrig. Mit zunehmender Geschwindigkeit gestaltet sich der Luftstrom zwischen dem Raumfahrzeug, der elektromagnetischen Rikscha und dem Bodengraben jedoch sehr kompliziert. Daher musste das Projektteam zunächst sicherstellen, dass sich das Raumfahrzeug sicher vom Graben lösen würde.

Lis Team führte Computersimulationen und Windkanaltests durch. Die Ergebnisse zeigten, dass sich beim Überqueren der Schallmauer mehrere Stoßwellen entlang der Unterseite des Flugzeugs ausbreiteten, auf den Boden trafen und dort Reflexionen erzeugten. Die Stoßwellen unterbrachen den Luftstrom und verursachten Infraschall-Luftlöcher zwischen dem Flugzeug, dem elektromagnetischen Schlitten und der Schiene. Als der Schlitten später seine Zielgeschwindigkeit erreichte, das Flugzeug losließ und abrupt abbremste, hob der turbulente Luftstrom das Flugzeug zunächst an und wechselte nach vier Sekunden zu Abwärtsschub, so die Ergebnisse der Windkanaltests.

Befänden sich Passagiere an Bord, könnten sie kurzzeitig Schwindelgefühle oder Schwerelosigkeit verspüren. Mit zunehmender Entfernung zwischen Flugzeug und Rille nimmt die Intensität des Luftstroms jedoch allmählich ab, bis er schließlich ganz verschwindet. Unter dem Geräusch der Triebwerke beginnt das Flugzeug einen rasanten Steigflug. Zwar sind noch weitere Tests in der Praxis erforderlich, doch das Team kommt zu dem Schluss, dass die Methode sicher und praktikabel ist. Während die wiederverwendbaren Raketen von SpaceX die Kosten für den Start von Satelliten auf 3.000 Dollar pro Kilogramm gesenkt haben, schätzen einige Wissenschaftler, dass elektromagnetische Trägersysteme die Kosten auf 60 Dollar pro Kilogramm senken könnten.

An Khang (laut Mail )

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