X-51: Wellenreiten mit Mach 5

VON WOLFGANG GREBER

LOS ANGELES/WIEN. Weitgehend unbemerkt von der Öffentlichkeit hat sich am Donnerstag vor der Küste Südkaliforniens ein technologisch historisches Ereignis zugetragen: Von einem B-52-Bomber der US-Luftwaffe aus wurde in 15 Kilometer Höhe über dem Pazifik ein experimenteller, von einem „Scramjet“ („Staustrahltriebwerk“) betriebener Marschflugkörper gestartet, der 200 Sekunden lang mit Mach 5 (ca. 5500 km/h) flog. Es war der bisher längste Hyperschall-Flug eines Scramjets.

Das keilförmige, beim Start etwa acht Meter lange und mindestens 1800 Kilo schwere Gerät namens X-51 „Waverider“ (Wellenreiter“) jagte bis in eine Höhe von rund 21 Kilometer, als der Antrieb aus unbekannten Gründen aussetzte und der Flugkörper ins Meer stürzte. Ursprünglich hätte der Flug 300 Sekunden dauern sollen; Experten nennen ihn dennoch einen „technologischen Markstein“, der mit jenem verglichen werden könne, als kurz nach dem Zweiten Weltkrieg Propellermotoren bei Flugzeugen weitgehend durch Strahltriebwerke abgelöst wurden.

Boeing im Konsortium

Ein Konsortium der Boeing-Subfirma „Phantom Works“ und des Triebwerksherstellers „Pratt & Whitney Rocketdyne“ baut seit mehreren Jahren an der X-51, beteiligt sind auch die US-Airforce, das Pentagon und die Nasa. In den nächsten Monaten sollen drei weitere Waveriders getestet werden und Mach 6 und schneller fliegen.

Über den Test jubelte der Projektleiter von Boeing, Joe Vogel: „Das legt den Grundstein für mehrere Hyperschallanwendungen, etwa bei Raumfahrt, Aufklärung, kommerziellem Transportwesen und Angriffssystemen.“

Der bisherige Rekord mit einem Scramjet wurde 2004 mit der „X-43“ der Nasa bzw. Boeing aufgestellt, die sogar Mach 9,8 erreichte (rund 11.000 km/h oder drei Kilometer pro Sekunde) – freilich nur für zwölf Sekunden.

Die Waverider hat zwei Antriebe: Kurz nach dem Abwurf von dem Bomber, der von der Luftwaffenbasis Edwards gestartet war, zündete eine Feststoffrakete, die die X-51 auf Mach 4,8 beschleunigte. Dann wurde die Rakete abgetrennt und der Scramjet im Vorderteil, der einen Mix aus Ethylen (einem Kohlenwasserstoffgas) und normalem militärischen Düsentreibstoff verbrennt, übernahm.

Im Prinzip bloß ein Rohr

Ein Scramjet ist ein vom Prinzip her extrem simpler, aber bei der Umsetzung hochkomplizierter Antrieb. Im Grund ist's nur ein Rohr, in das Brennstoff gespritzt wird, der sich mit Luft vermischt, verbrennt und Schub erzeugt.

Im Gegensatz zu einer gewöhnlichen Flugzeugturbine sind (außer der Treibstoffpumpe) aber keine beweglichen Teile im Rohr – vor allem nicht jene massiven rotierenden Verdichterschaufeln, die Luft ansaugen, stark komprimieren und so erst Verbrennung und Rückstoß richtig „anheizen“. Die Kompression der Luft wird vielmehr durch ihre Einströmung und Abbremsung im Inneren des Scramjets erzeugt – was zur Folge hat, dass man ihn erst durch einen externen Antrieb beschleunigen muss, bis er einsetzen kann. Als „Sprunggeschwindigkeit“ sollten etwa 2000 km/h erreicht werden, ab dann kann der Scramjet sich selbst auf bis zu 15.000 km/h bringen. Ein Start aus dem Ruhezustand heraus ist unmöglich.

Idee rund Hundert Jahre alt

Das Prinzip des auf deutsch „Staustrahltriebwerk“ genannten Antriebs (weil sich die Luft im Rohr durch dessen Vorwärtsbewegung staut) hat erstmals der Franzose René Lorin 1913 in einer Publikation im Magazin „Aérophile“ beschrieben. Man unterscheidet heute zwischen „Ramjet“ und „Scramjet“: Bei ersterem Typ, dem älteren (im Bild), wird die einströmende Luft unabhängig von der Geschwindigkeit des Flugkörpers unter die Schallgeschwindigkeit (kleiner als etwa 1080 km/h) abgebremst und mit Treibstoff vermischt, weil eine effektive Verbrennung dann einfach ist. Ein Ramjet erreicht bis Mach 7.

Durch einen Scramjet hingegen rast die Luft weitgehend ungebremst. Die Verbrennung von Luft und Treibstoff muss also im Überschallbereich stattfinden, was extrem schwer zu bewerkstelligen ist: Immerhin sind die Luftmoleküle ja nur Bruchteile von Millisekunden in der Röhre; um sie mit Treibstoff zu mischen und reagieren zu lassen, bleibt fast null Zeit. Scramjets werden auch weit heißer als Ramjets, können aber im Endeffekt deutlich schneller sein.

Enorm schwierig zu bauen

Wegen der enormen aerodynamischen Belastung im Triebwerk und rundherum sowie der enormen Hitzeentwicklung sind Staustrahltriebwerke schwer zu bauen und fanden wenig Anwendung, etwa bei manchen Luftabwehrraketen und beim US-Spionageflugzeug SR-71 „Blackbird“ (im Bild). Und ein Scramjet-Flug gelang überhaupt erst 2002 australischen Ingenieuren, 2004 folgte die X-43 der Nasa.

Interessanterweise zählt auch Indien zur Avantgarde der Scramjet-Forschung: Dessen Raumfahrtbehörde „Isro“ arbeitet an einem kleinen Hyperschall-Shuttle mit dem (informellen) Namen „Avatar“, das Satelliten weit billiger ins All bringen soll als Raketen.

Zerstörung binnen 60 Minuten

Das US-Militär jedenfalls hat an einem ausgereiften Scramjet-Antrieb unter anderem Interesse, weil er perfekt ins Konzept des „Prompt Global Strike“ passt: Diese in den 90ern geborene Idee hat zum Ziel, ein Waffensystem zu schaffen, das einen nicht-nuklearen Gefechtskopf binnen weniger Stunden zu jedem beliebigen Punkt auf der Welt bringt – bestenfalls „binnen 60 Minuten“, wie der Chef des Raumkommandos der US-Luftwaffe, General Robert Kehler, meint. Damit will man bestimmte Ziele, die nur kurz auftauchen – etwa Terroristen, gefährliche Schmuggelware – ausschalten, bevor sie wieder verschwinden.

Das Prompt Global Strike-Konzept erhielt durch einen Vorfall vom August 1998 Auftrieb, als US-Kriegsschiffe im Indischen Ozean mehrere „Tomahawk“-Marschflugkörper auf ein Terroristencamp in Afghanistan feuerten, wo sich der schon damals gesuchte al-Qaida-Chef Osama bin Laden aufhielt. Die rund 900 km/ schnellen Tomahawks brauchten für die ca. 1800 Kilometer Distanz zwei Stunden – da war bin Laden aber schon weg; man habe ihn um eine Stunde verpasst, hieß es später.

Umgerüstete U-Boot-Raketen

Nun wird einerseits erwogen, einige der auf U-Booten stationierten strategischen Atomraketen vom Typ „Trident“ (im Bild) mit nichtnuklearen Gefechtsköpfen auszurüsten. Trident-Raketen treffen ihre Ziele in weit unter einer Stunde, und das sehr genau. Allerdings wenden Skeptiker ein, dass Beobachter sie von echten Atomraketen nicht unterscheiden können, was fatale Reaktionen auszulösen droht – speziell, wenn ihre ballistische Flugbahn über den Nordpol führt (was US-Tradition ist) und damit, unabhängig vom wahren Zielland, mit hoher Wahrscheinlichkeit den Luftraum Russlands oder Chinas überquert.

Systeme wie die X-51 können hingegen beim Flug kaum entdeckt werden und würden jedenfalls nicht den Eindruck auslösen, ein Atomschlag stehe bevor. Und so könnte theoretisch ein 6000 km/h schneller Marschflugkörper binnen vier Stunden um die halbe Welt fliegen und so jedes Ziel treffen.

Einsatzradius noch begrenzt

Allerdings wird der Einsatzradius der Waverider wegen ihres begrenzten Tankinhalts wohl kaum mehr als 1000 Kilometer betragen. Diese Strecke würde sie aber in etwa zehn Minuten schaffen; klug auf viele Stützpunkte und Bomber weltweit verteilt, ließe sich damit der Globus großteils abdecken.

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