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SCRAMSPACE soll Raumtransport neue Perspektiven eröffnen
Die deutsche Raumfahrtagentur DLR berichtet auf ihrer Website über einen im März 2013 geplanten Test eines neuartigen Flugkörpers, SCRAMSPACE benannt, der in großer Höhe mit bis zu 15-facher Schallgeschwindigkeit fliegen soll. Ein auf diesem Prinzip aufbauender Raumtransporter könnte Nutzlasten mit geringerem Treibstoffbedarf aus der Erdatmosphäre heraus befördern, als das mit Raketen alleine der Fall wäre.
Ein erstes im freien Flug getestetes Versuchsfahrzeug wird zurzeit in Australien entwickelt und soll im März 2013 mithilfe einer Höhenforschungsrakete der DLR-MORABA* in eine Höhe von 340 km befördert werden. Anschließend soll das Scramjet Prinzip des Flugkörpers bei Mach 8 erprobt werden. Dabei kommen neuentwickelte hochtemperaturfeste Materialien und Steuerungstechniken zum Einsatz. In dem multinationalen Programm steuert die DLR auch ihre Erfahrungen und Testanlagen im Hyperschallbereich bei.
*Die DLR-MORABA unterstützt auch das MIRIAM-2 Programm der MSD, mit einem geplanten Start auf einer MAPHEUS Rakete im Oktober 2014 in Kiruna in Nordschweden ().
SCRAMSPACE basiert auf den Scramjet Prinzip (http://en.wikipedia.org/wiki/Scramjet). Dabei handelt es sich um ein Strahltriebwerk, bei dem der erforderliche Staudruck alleine durch den aerodynamischen Stau bei sehr großer Geschwindigkeit in mehr als 30 km Höhe erreicht wird. Die Treibstoff- und damit Gewichtsersparnis liegt in der Verwendung des in der Atmosphäre enthaltenen Sauerstoffs zum Antrieb, der also nicht bis in diese Höhe transportiert werden muss wie bei einer Rakete.
Ein mit einem Scramjet ausgerüsteter Raumtransporter muss also erst einmal bis auf eine Geschwindigkeit beschleunigt werden, bei der der erforderliche Staudruck entsteht.
Das Prinzip des Scramjet ist nicht neu und wird seit den 30-er Jahren des letzten Jahrhunderts untersucht. Ein Beispiel eines mit einem Scramjet Antrieb ausgerüsteten Fluggeräts, das die Realisierungsphase erreicht hat, ist die X-43A der NASA, die im November 2004 für 10 sec Mach 9,8 erreichte. Das Nachfolgemodell X-51 erreichte im Mai 2010 Mach 5 für 200 sec, weitere Tests sind geplant. Auch die erste Stufe des zweistufigen voll wieder verwendbaren Raumtransporters Sänger II, der zwischen 1985 und 1995 in Deutschland untersucht wurde, beruhte auf dem Scramjet Prinzip. Die zweite Stufe sollte auf dem Raumgleiter HERMES basieren. Sänger II hätte bei einem Startgewicht von 366 t etwa 1/3 der Startkapazität des Shuttle erreicht. Die volle Wiederverwendbarkeit von Sänger II würde zu einer wesentlichen Reduzierung der Startkosten führen, verglichen mit dem Shuttle, und hätte nach damaligen Berechnungen bei einer Startfolge von mehr als etwas 10 Flügen pro Jahr zu niedrigeren Transportkosten geführt als konventionelle Raketen.
Wesentliche Herausforderungen bei der Entwicklung eines auf dem Srcamjet Prinzip basierenden Raumtransporters sind hochtemperaturfeste Materialien und die Steuerbarkeit bei Geschwindigkeiten bis Mach 15 und darüber. Andererseits sieht ein solches Triebwerk relativ „simpel“ aus, hat wenige bis keine beweglichen Teile und könnte damit kostengünstig und zuverlässig sein.| Kommentare | ||
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| Kommentar schreiben: | ||
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hesaenger schreibt (15.12.2011):
| Prof. Boyce wird in Raumfahrt Concret über seine Arbeiten und deren Zukunftsaussichtn berichten. | |
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Jürgen Herholz schreibt (12.12.2011):
| richtig, die 1.Stufe von SaengerII sollte eher eine "Turbo-Ramjet" Antrieb bekommen, die 2.Stufe dann Raketenantrieb ähnlich HERMES, nur mit einem viel leistungsfähigeren Triebwerk. Ein Scramjet Antrieb macht für technisch vorstellbare Transportsysteme wenig Sinn. Den Traum einer "eierlegenden Wollmilchsau" als Antrieb mit einem einzigen Triebwerk, dass von Turbo über Ramjet über Scramjet bis zu einem reinen Raketenantrieb in der obersten Stufe alles kann, hat man wohl begraben. Es ist also unklar, wohin SCRAMSPACE führen soll. Als reine Technologiedemonstration sicher interessant, zumal DLR hier endlich hoffentlich wieder einmal seine große Kompetenz im Hyperschallbereich unter Beweis stellen kann wie seinerzeit vor nunmehr fast 20 Jahren im HERMES Programm, in dem DLR ein wichtiger Partner war. | |
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hesaenger schreibt (9.12.2011):
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Grundsätzlich bietet ein Flugzeug gegenüber einer Rakete den Vorteil, bis in etwa 40 km Höhe den Sauerstoff der Luft zur Verbrennung im Triebwerk nutzen zu können und damit das Gewicht und Volumen der entsprechenden Sauerstofftanks einzusparen. Also startet man mit Turbotriebwerken ähnlich denen in modernen Flugzeugen um dann bei vielleicht Mach 3,5 auf Staustrahltriebwerke umzuschalten. Wasserstoff gespeiste Staustrahltriebwerke arbeiten bei Unterschallverbrennung bis gut Mach 7 und können bei quasi Überschallverbrennung (Scramjet) bis über Mach 14 betrieben werden. Wenn die quasi Überschallverbrennung vielleicht auch schon ab Mach 4 funktioniert, so liefert die Unterschallverbrennung (Ramjet) in diesem Geschwindigkeitsbereich aber einen überlegenen spezifischen Impuls und bleibt damit Unverzichtbar. Um eine Umlaufbahn erreichen zu können braucht es am Ende auch noch ein Raketentriebwerk. Durch die Wahl der Konstruktion und der Treibstoffe lassen sich die jeweiligen Grenzen verschieben. Zusammengefasst wird es aber immer eine hochkomplexe Konstruktion bleiben, die bis in extreme Temperaturbereiche funktionieren muss. Dabei besitzt der Turbofan einen Fan, der von einem Verdichter, einer Brennkammer, einer Turbine und dem Nachbrenner gefolgt wird. Wenn man den Fan entfernt, wird aus der Maschine ein Turbojet. Wenn der Verdichter, die Brennkammer und die Turbine entfernt werden, bekommt man ein Staustrahltriebwerk mit Unterschallverbrennung. Wenn der Hals in der Austrittsdüse weggelassen wird, ist es ein Staustrahltriebwerk mit quasi Überschallverbrennung. Wenn der Einlass aber verschlossen wird und wiederum eine Austrittsdüse nachgeordnet wird, wird es ein Raketentriebwerk. | |
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hesaenger schreibt (9.12.2011):
| Wo bringt der Scramjet, also ein Staustrahl mit quasi Überschallverbrennung einem Raumfahrzeug wirklich Vorteile? Eine damit ausgerüstete ballistische Unterstufe ist Anfangs zu langsam und fliegt später außerhalb einer ausreichend dichten Atmosphäre um diesen nutzen zu können. Wie kann man sich das dann vorstellen? Bei einem horizontal startenden Gerät entschied man sich seinerzeit im Sänger-Programm für eine Stufentrennung bei Mach 7 um die aktive Kühlung der Unterstufe und das damit verbundene Gewicht zu vermeiden. Bis Mach 7 haben aber selbst kohlenwasserstoffbasierte Treibstoffe mit Staustrahlunterschallverbrennung einen besseren spezifischen Impuls. Bisher konnte aber auch kein Einstufer-Konzept eine positive Nutzlast nachweisen. Damit bleibt der Scramjet doch eher ein strategisches Thema? | |
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