Riesige elektromagnetische Kanone könnte Hyperschallflugzeuge ins All bringen

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

Chinesisches Raumflugzeugdesign. Foto: Weibo — Chinesisches Raumflugzeugdesign. Foto: *Weibo*

Chinesische Wissenschaftler und Ingenieure haben in den letzten Jahren daran gearbeitet, große Fortschritte sowohl beim elektromagnetischen Start als auch beim Hyperschallflug zu kombinieren. Ihr Ziel besteht im Wesentlichen darin, mithilfe riesiger elektromagnetischer Startbahnen Hyperschallflugzeuge auf Mach 1,6 (1.975 km/h) zu beschleunigen. Anschließend wird sich das Flugzeug von der Schiene lösen, seine Triebwerke zünden und mit siebenfacher Schallgeschwindigkeit (8.643 km/h) in den Weltraum eintreten. Das 50 Tonnen schwere Raumflugzeug, länger als eine Boeing 737, ist Teil des 2016 angekündigten Tengyun-Projekts, berichtete die Mail am 14. März.

Um mit der eigenen Antriebskraft abzuheben, werden enorme Mengen Treibstoff benötigt. Um die Sicherheit beim Start mit niedriger Geschwindigkeit zu gewährleisten, müssen Wissenschaftler und Ingenieure das aerodynamische Design und die Motoranordnung anpassen, was sich auf die Flugleistung bei hoher Geschwindigkeit auswirkt. Das an dem Projekt arbeitende Expertenteam ist jedoch zuversichtlich, dass es viele verschiedene Probleme lösen kann.

„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 die Hypothese zu testen, baute CASIC, einer der führenden chinesischen Auftragnehmer für Verteidigung und Luftfahrt, in Datong in der Provinz Shanxi eine zwei Kilometer lange Testanlage für Hochgeschwindigkeits-Magnetschwebebahnen mit niedrigem Vakuum. Die Anlage kann schwere Objekte auf Geschwindigkeiten von 1.000 km/h beschleunigen, was nahe der Schallgeschwindigkeit liegt. In den kommenden Jahren wird die Länge der Teststrecke erweitert, um eine maximale Betriebsgeschwindigkeit von 5.000 km/h zu erreichen.

Es handelt sich um eine spezielle Anlage für elektromagnetische Antriebe, die die Entwicklung der nächsten Generation von Hochgeschwindigkeitszügen unterstützt und gleichzeitig wichtige wissenschaftliche und technische Daten für das elektromagnetische Weltraumstartprojekt sammelt. In Jinan, der Hauptstadt der Provinz Shandong, ist unterdessen eine weitere riesige Magnetschwebebahn in Betrieb, die ein Experiment mit einer elektromagnetischen Hochgeschwindigkeitsrikscha unter der Aufsicht der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) unterstützt.

China ist nicht das erste Land, das ein elektromagnetisches Weltraumstartsystem vorschlägt. Solche Ideen gibt es seit dem Kalten Krieg. In den 1990er Jahren versuchte die NASA, die Idee in die Tat umzusetzen. Der erste Schritt war der Bau einer 15 Meter langen Mini-Teststrecke. Aufgrund fehlender finanzieller Mittel und technischer Schwierigkeiten betrug die tatsächliche Länge des fertiggestellten Grabens jedoch weniger als 10 m. Letztendlich wurde das Projekt aufgegeben und die Regierung und das Militär konzentrierten ihre Ressourcen stattdessen auf die Entwicklung einer elektromagnetischen Katapulttechnologie mit niedriger Geschwindigkeit für Flugzeugträger. Doch auch die USS Ford, der erste Flugzeugträger mit dieser neuen Technologie, hatte Probleme. Aufgrund erheblicher Rückschläge bei der elektromagnetischen Starttechnologie stellte das US-Militär die Entwicklung einiger damit verbundener Projekte, wie etwa der Railgun, ein und widmete sein Budget stattdessen Hyperschallraketen.

Zu Beginn der Studie stellten Li und seine Kollegen fest, dass die NASA keine Windkanaltests durchgeführt hatte, um sicherzustellen, dass das Raumfahrzeug die Trennung vom Graben übersteht. Die ursprüngliche Idee der NASA bestand darin, das Shuttle auf 700 km/h zu beschleunigen, was ausreichen würde, um Raketen überflüssig zu machen. Chinesische Wissenschaftler meinten jedoch, diese Geschwindigkeit sei zu niedrig. Mit zunehmender Geschwindigkeit wird jedoch der Luftstrom zwischen dem Flugzeug, dem elektromagnetischen Schleppfahrzeug und der Bodenrille sehr kompliziert. Eine der ersten Dinge, die das Projektteam bestätigen musste, war, dass sich das Flugzeug sicher von der Strecke lösen würde.

Lis Team führte Computersimulationen und Windkanaltests durch. Die Ergebnisse zeigten, dass sich beim Überqueren der Schallmauer mehrere Stoßwellen an der Unterseite des Flugzeugs ausbreiteten, auf den Boden trafen und Reflexionen erzeugten. Die Stoßwelle unterbricht den Luftstrom und verursacht Infraschall-Luftlöcher zwischen dem Flugzeug, dem elektromagnetischen Schleppfahrzeug und dem Graben. Wenn das Schleppfahrzeug dann die Zielgeschwindigkeit erreicht, das Flugzeug loslässt und abrupt bremst, hebt die turbulente Luftströmung das Flugzeug zunächst an und schaltet nach vier Sekunden auf Abwärtsschub um, wie aus den Ergebnissen von Windkanaltests hervorgeht.

Wenn sich Passagiere im Flugzeug befinden, kann es zu kurzen Schwindelgefühlen oder Schwerelosigkeit kommen. Mit zunehmender Entfernung zwischen Flugzeug und Rille nimmt jedoch die Intensität des Luftstroms ab, bis er vollständig verschwindet. Mit dem Motorengeräusch begann die Maschine mit einer schnellen Steigphase. Obwohl noch weitere Tests in der Praxis erforderlich sind, kam das Team zu dem Schluss, dass die Methode sicher und durchführbar 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 Weltraumstartsysteme die Kosten auf 60 Dollar pro Kilogramm senken könnten.

An Khang (laut Mail )

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