Ein Forscherteam möchte eine elektromagnetische Kanone bauen, die Flugzeuge mit hoher Geschwindigkeit ins All schießen könnte.
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 löst sich das Flugzeug von der Schiene, zündet seine Triebwerke und dringt mit siebenfacher Schallgeschwindigkeit (8.643 km/h) in den Weltraum ein. 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 verbraucht. Um die Sicherheit beim Start mit niedriger Geschwindigkeit zu gewährleisten, müssen Wissenschaftler und Ingenieure das aerodynamische Design und die Triebwerksanordnung anpassen, die sich auf die Flugleistung bei hoher Geschwindigkeit auswirken. Das am Projekt arbeitende Expertenteam ist jedoch zuversichtlich, dass damit viele verschiedene Probleme gelöst werden können.
„Die elektromagnetische Starttechnologie bietet eine vielversprechende Lösung zur Überwindung 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, baute CASIC, einer der führenden chinesischen Auftragnehmer in der Verteidigungs- und Luftfahrtindustrie, 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 bis zu 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 Projekt des elektromagnetischen Weltraumstarts sammelt. Unterdessen ist in Jinan, der Hauptstadt der Provinz Shandong, eine weitere riesige Magnetschwebebahn in Betrieb, die ein Experiment mit einer elektromagnetischen Hochgeschwindigkeitsrikscha unterstützt. Diese wird ebenfalls unter der Aufsicht der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) durchgeführt.
China ist nicht das erste Land, das ein elektromagnetisches Weltraumstartsystem vorschlägt. Solche Vorstellungen gibt es schon seit dem Kalten Krieg. In den 1990er Jahren versuchte die NASA, diese 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. Das Projekt wurde letztlich 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, der mit dieser neuen Technologie ausgestattet war, stieß auf 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 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 erklärten 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 sicherstellen musste, war, dass sich das Flugzeug sicher von der Bahn 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-Lufteinschlüsse zwischen dem Flugzeug, dem elektromagnetischen Schleppfahrzeug und dem Graben. Wenn das Schleppfahrzeug dann die Zielgeschwindigkeit erreicht, das Flugzeug loslässt und abrupt abbremst, hebt die turbulente Luftströmung das Flugzeug zunächst an und wechselt nach vier Sekunden zum Abwärtsschub, wie aus den Ergebnissen der Windkanaltests hervorgeht.
Befinden sich Passagiere im Flugzeug, kann es zu kurzen Schwindelgefühlen oder Schwerelosigkeit kommen. Mit zunehmender Entfernung des Flugzeugs zur Rille nimmt jedoch die Intensität des Luftstroms ab, bis er schließlich ganz verschwindet. Mit dem Motorengeräusch ging das Flugzeug in eine schnelle Steigphase über. 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 reduziert haben, gehen einige Wissenschaftler davon aus, dass elektromagnetische Trägersysteme die Kosten auf 60 Dollar pro Kilogramm senken könnten.
An Khang (laut Mail )
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