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Britische Ingenieure arbeiten seit bald 20 Jahren an Skylon, einem einstufigen Raumfahrzeug, das wie ein Flugzeug startet, in den Orbit fliegt, von dort zurück kehrt und wieder landet. Nun gewinnt die Entwicklung an Fahrt.
All diese Fähigkeiten in einem einzigen Raumfahrzeug zu vereinen, hat sich bisher als nicht praktikabel erwiesen. Die Methode der Wahl waren deshalb Raketen, die eine kleine Nutzlast in die Höhe tragen und gleichzeitig auf die notwendige Orbitalgeschwindigkeit beschleunigen können. Die Reibungshitze wird von abbrennenden (“ablativen”) Hitzeschutzschilden (Raumkapseln wie Apollo, Sojus, Shenzou) beziehungsweise wiederverwendbaren Keramikkacheln (Space Shuttle, Dragon) absorbiert. Kapseln landeten schliesslich mit Fallschirmen, das Space Shuttle konnte zumindest halbwegs segeln (wobei seine aerodynamischen Eigenschaften von amerikanischen Astronauten mit einem “fliegenden Ziegelstein” verglichen wurden). Das Problem dieses Ansatzes ist, dass man einen grossen Teil der Hardware wegwerfen muss. Das macht den einzelnen Flug extrem teuer und den erdnahen Orbit damit zu einem Raum, der sorgfältig ausgewählten Spezialisten von wohlhabenden Staaten und Multimillionären vorbehalten ist.
Es gab in der Geschichte der Raumfahrt schon immer Versuche, einen Grossteil der Hardware wiederverwendbar zu machen: dies war auch die grundsätzliche Überlegung hinter dem Space Shuttle (obwohl dort die Kostenersparnis durch die Wiederverwendbarkeit durch die hohen Wartungskosten aufgehoben wird). Meistens versuchte man dabei, die Hardware trotzdem auf mehrere Stufen zu verteilen, um die Vorteile zu nutzen, die sich ergeben, wenn man während des Aufstiegs zumindest einen Teil der Leermasse abwerfen kann. Es gab aber durchaus auch versuche, alle Komponenten in ein einziges Raumfahrzeug zu integrieren. Ein Beispiel ist der amerikanische “Venture Star”, dessen Entwicklung wegen grundsätzlichen Problemen schliesslich eingestellt wurde. Auch der “Delta Clipper”, eine kleine Rakete, die senkrecht starten und landen sollte, sowie “Roton”, der mit Hilfe von Rotorblättern ähnlich einem Helikopter wieder landen sollte, wurden schliesslich wegen fehlenden Geldmitteln eingestellt. Indien plant noch immer den “Avatar”, der in einigen Jahrzehnten vielleicht indische Astronauten ins All und zurück tragen soll. Immer wieder mal geistert die Idee durch die Raumfahrtswelt, einen “Scramjet” genannten Antrieb einzusetzen: dieser komprimiert den Sauerstoff der Luft zusammen mit mitgeführtem Wasserstoff und kann so einen Teil des Treibstoffs auf der Erde lassen (die NASA hat kürzlich die X-51 getestet, eine unbemanntes Testflugzeug, das über einen Scramjet verfügt). Scramjets haben jedoch das Problem, dass sie erst bei hohen Geschwindigkeiten erst zu funktionieren beginnen, da sie den Luftwiederstand bei hohen Geschwindigkeiten benötigen, um den Sauerstoff genügend zu komprimieren. Das heisst, ein Scramjet-Raumfahrzeug muss erst mit konventionellen Triebwerken oder gar einer Booster-Rakete auf die notwendigen Geschwindigkeiten beschleunigt werden – das zusätzliche Gewicht geht dann von der Nutzlast ab. Bisher zeichnet sich in dieser Richtung noch kein Durchbruch ab.Die britische Firma Reaction Engines Limited hingegen forscht seit gut 20 Jahren in eine ganz andere Richtung. Ihr “SABRE”-Triebwerk, das bisher zwar erst auf dem Papier existiert, von dem aber schon viele Komponenten getestet und alle kritischen Probleme – soweit bekannt – gelöst wurden, ist im Kern ein ganz “normales” Jet-Triebwerk. Anstelle der Triebwerkschaufeln hat es jedoch eine Abdeckung, die während des Fluges mit flüssigem Wasserstoff gekühlt wird. Flüssiger Wasserstoff hat, ähnlich wie Wasser, eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität, es braucht also relativ viel Energie, um ihn um einen bestimmten Betrag zu erwärmen. Damit ist er ein ausgezeichnetes Kühlmaterial. Aus der heruntergekühlten Luft wird der Sauerstoff abgeschieden, verflüssigt und für spätere Verwendung im Innern gespeichert, während der restliche Sauerstoff mit etwas Wasserstoff verbrannt und zum Vortrieb benutzt wird. Damit beschleunigen zwei SABRE-Triebwerke das “Skylon”-Raumfahrzeug, das zwischen sie gebaut wurde, auf etwa Mach 5.5. Danach werden sie abgeschaltet und füllen nur ihre zweite Rolle als Raketentriebwerke aus: sie verbrennen den restlichen Wasserstoff mit dem aus der Luft gewonnen Sauerstoff und beschleunigen Skylon in die Erdumlaufbahn. Ein kleiner Rest Wasserstoff verbleibt in den Tanks und wird während der Rückkehr zur Erde zur Kühlung der Aussenhaut verwendet, die damit sehr viel dünner und leichter gebaut werden kann als beim Space Shuttle. Einmal in der unteren Atmosphäre angelangt, startet Skylon seine SABRE-Triebwerke im Jet-Modus wieder und landet wie ein gewöhnliches Flugzeug auf einer Rollbahn. Das alles geschieht vollautomatisch: einen Piloten (mitsamt seinem Lebenserhaltungssystem) braucht das Raumfahrzeug nicht. Es gleicht damit eher einer komplett wiederverwendbaren Rakete.
Skylon ist etwa 80 m lang (so lang wie ein Airbus 380), 25 m breit und kann eine Nutzlast von rund 10 Tonnen (in einem Standard-Frachtconatiner, wie er auch in der Schifffahrt verwendet wird) ins All tragen. Das ist Vergleichbar mit dem ATV-Transporter der ESA, mit dem die Internationale Raumstation ISS versorgt wird. Bloss: statt ein paar hundert Millionen kostet eine Raummission mit der Skylon ein paar hunderttausend Dollar (NACHTRAG: langfristig: am Anfang werden mit Kosten von bis zu 40 Millionen pro Flug gerechnet).Was könnten wir mit so einem Raumfahrzeug anfangen? Zunächst einmal würde der Zugang zum Weltraum viel günstiger. Reaction Engines hat bereits einen Passagier-Container entworfen, der rund 30 Touristen in den Erdorbit tragen könnte. Einmal oben, könnten die Touristen in eine (gleichfalls von Skylon versorgte) Raumstation umsteigen, oder aus Fenstern hinaus einfach die Aussicht geniessen. Die Kosten für einen solchen Weltraumflug würden wohl einige zehntausend Dollar betragen. Reaction Engines schlägt auch vor, mit Skylon eine richtige Weltraumwerft zu bauen, in der grössere Raumschiffe für interplanetare Expeditionen gebaut und gewartet werden können. Alles, was dafür benötigt wird, wird in Containern von 10 Tonnen heraufgebracht – da die Kosten sehr viel tiefer sind als bei Wegwerfraketen, kann man sich sehr viel grössere Tonnagen leisten.
Reaction Engines will keine weitere Firma sein, die ausser schönen Power Point Präsentationen nichts bieten hat und ansonsten auf Geld vom Staat wartet. Bereits wurden eine Reihe von Projekten realisiert, um das SABRE-Triebwerk zu perfektionieren – in den nächsten Jahren soll ein Prototyp gebaut werden. Neben einer Reihe von privaten Investoren leistet zur Zeit auch die ESA einen finanziellen Beitrag zur Entwicklung des Triebwerks. Um den Übergang zu Skylon zu vereinfachen (und wohl auch, um weitere Investoren anzulocken), hat Reaction Engines bereits einen Zwischenschritt vorgeschlagen: ein interkontinentales Flugzeug (die “A2″) auf der Basis des Skylon-Designs (mit vereinfachten SABRE-Triebwerken), das mit Mach 5 um den Globus fliegt. Sydney liesse sich damit von London aus in unter fünf Stunden erreichen – umweltfreundlich, dank Wasserstoffantrieb. Nur auf Fenster müssten die Passagiere, aufgrund der Reibungshitze, verzichten. Doch am Ende heisst das Ziel der Entwicklung natürlich Erdorbit, daran lässt Reaction Engines keinen Zweifel. Das Tempo der Entwicklung hat sich in den letzten Jahren merklich beschleunigt, das Design wird in regelmässigen Abständen verbessert, neue Komponenten werden getestet. Bis in 10 Jahren, so der Plan, wird Skylon zum ersten Mal ins All starten.
Reaction Engines
YouTube: Einführung in das Konzept von Skylon
YouTube: Fluganimation von Skylon
YouTube: Container, der Touristen ins All tragen kann
YouTube: TROY Mars-Mission auf der Basis von Skylon
* [i]Ganz korrekt ist es nicht die Reibungshitze, die das zurückkehrende Raumfahrzeug aufheizt, auch wenn das oft so behauptet wird. Die Reibung spielt durchaus auch eine Rolle, aber viel wichtiger ist die Wärme, die durch die Kompression der Luft vor dem einfliegenden Raumfahrzeug freigesetzt wird (analog zur Velopumpe, die sich erwärmt wenn man sie benutzt).[/i]