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Luftfahrt Mit dem Spaceliner in 90 Minuten nach Australien

| Redakteur: Margit Kuther

Ein Wochenendtrip zum Great Barrier Riff, ein Nachmittagsspaziergang um die Freiheitsstatue? Etwa im Jahr 2040 könnten wir mit 20facher Schallgeschwindigkeit fliegen.

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Spaceliner: Das wiederverwendbare System basiert auf einer Passagierstufe und einer Boosterstufe.
Spaceliner: Das wiederverwendbare System basiert auf einer Passagierstufe und einer Boosterstufe.
(Bild: DLR)

Der Spaceliner ist die Vision eines zukünftigen Transportsystems, ein Konzept an der Grenze zwischen Luft- und Raumfahrt. Mit dem ultraschnellen Gleiter des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) sollen Passagiere in Zukunft zum Beispiel die Distanz zwischen Europa und Australien in nur 90 Minuten zurücklegen können.

Das Konzept basiert auf einem zweistufigen, voll wiederverwendbaren System: Einer Passagierstufe und einer Boosterstufe, die beide einen umweltfreundlichen Raketenantrieb haben, der flüssigen Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasserdampf verbrennt. Die Triebwerke werden den Spaceliner in weniger als zehn Minuten auf mehr als die 20fache Schallgeschwindigkeit beschleunigen. Danach gleitet die Passagierstufe, ähnlich dem Space Shuttle, ausgehend von circa 80 Kilometern Höhe bis zu ihrer Landung am Zielpunkt. Projektleiter Dr. Martin Sippel und seine australische Doktorandin Olga Trivailo vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen stellen den Spaceliner in einem Video vor:

Fliegen wie ein Space Shuttle

Der Spaceliner des DLR soll wie ein Space Shuttle vor dem Start aufrecht stehen und mit Raketentriebwerken auf seine Reise starten. Die wiederverwendbare Booster-Stufe trennt sich nach dem ersten Schub vom Orbiter, in dessen Passagierkapsel 50 Mitflieger Platz finden.

Nach acht Minuten würde dann der Gleitflug mit 20facher Schallgeschwindigkeit beginnen. Die Landung nach rund 80 Minuten findet dann wie mit einem üblichen Flugzeug auf einer normalen Landebahnstatt.

Ein Projekt, für das es keine bereits existierenden Vorbilder gibt: "Wir müssen die Dimensionen selbst festlegen und uns mit Computermodellen an den Spaceliner herantasten", sagt DLR-Projektkoordinator Martin Sippel. "Der Spaceliner ist eine Herausforderung, was Technik und Betrieb angeht." Die 17 Partner der Fast20XX-Studie haben deshalb auch kein Flugzeug entworfen, sondern interdisziplinär wichtige Aspekte für die Flugzeuge zwischen Luft- und Raumfahrt untersucht. Für das DLR beteiligten sich gleich mehrere Institute an der Studie:

Neben dem Institut für Raumfahrtsysteme steuerten auch das Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin, das Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung und das Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik numerische und experimentelle Ergebnisse bei.

Simulationen am Computer

Ein wichtiges Thema ist die Kühlung des Raumfahrzeugs während des Flugs. Der Spaceliner fliegt nach der Antriebsphase im Gleitflug und ist somit der Reibung in der Erdatmosphäre ausgesetzt. Es entstehen Temperaturen von über 1800 Grad Celsius.

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Die Lösung: An der Nase sowie an den Flügelvorderkanten des Flugkörpers wird aktiv gekühlt. Durch poröse keramische Bauteile soll Wasser austreten, das beim Verdampfen für Abkühlung sorgt. Für diese Transpirationskühlung entwickelt und baut das Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung entsprechende Keramiken und simuliert deren Durchströmung am Computer.

Durch die Arbeiten in Fast20XX mit Tests am Plasma-Windkanal beim DLR in Köln haben die Ingenieure die Gewissheit gewonnen, dass mit porösen keramischen Materialien eine aktive Kühlung möglich ist.

Auch die Strömung um den Flugkörper selbst untersuchen die Wissenschaftler und modellieren diese mit Computerprogrammen. "Der Spaceliner erreicht eine Flughöhe mit sehr niedrigem atmosphärischem Druck, so dass sich die Strömungsphänomene ändern", erläutert Sippel.

In einem speziellen Windkanal am DLR-Standort Göttingen wurden Modelle getestet und mit numerischen Simulationen der italienischen Partnerorganisation CIRA verglichen, die gute Übereinstimmung zeigten und somit den zukünftigen Entwurf des Raumfahrzeugs unterstützen.

Rahmenbedingungen für die schnellen Flieger

Neben der Forschung an Aerodynamik, Materialien und Kühlung erfordern Projekte wie der Spaceliner aber auch zahlreiche andere Untersuchungen. Ist so ein Flug mit Hyperschallgeschwindigkeit überhaupt verträglich für die Passagiere? Vom Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin gab es dafür grünes Licht.

Welche Genehmigungsanforderungen kommen auf die Konstrukteure der schnellen Flugzeuge zu? In welchem Maße wird die Umwelt belastet – auch wenn der Spaceliner bei seinem Flug lediglich Wasser ausstößt?

Auch dazu sammelten die 17 Partner der Fast20XX-Studie Daten und Forschungsergebnisse. "Wir haben außerdem auch durchgerechnet, in welchen Fällen ein Abbruch des Flugs notwendig wird und wie man beispielsweise bei Triebwerksausfällen reagieren muss", sagt DLR-Koordinator Sippel.

Klar ist jetzt schon, dass der Start des Spaceliners nur entfernt von bewohnten Gebieten ablaufen kann – und der Hochgeschwindigkeitsflug in großer Höhe stattfinden muss, um bewohnte Regionen vor dem Überschallknall zu schützen.

Viele Fragen sind noch offen:

Wie kann das Raketentriebwerk zuverlässig und sicher arbeiten? Wie muss das Tankbedrückungssystem aussehen? Wie muss das Thermalschutzsystem für den gesamten Flieger konstruiert sein? Und welche Anforderungen muss die Passagierkabine erfüllen, die zugleich Rettungskapsel für den Notfall ist? Dann müsste auch das Netz aus Rettungsstationen am Boden reibungslos funktionieren.

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