Chinas Hyperschallwaffenprogramm zielt darauf ab, mit einem „luftatmenden“ Magnetflüssigkeitsmotor in die Zukunft zu gleiten, der es wirtschaftlich rentabel machen könnte, innerhalb einer Stunde überall auf der Erde zu reisen.
Laut einem leitenden Wissenschaftler des Programms wird der superleise Motor ohne bewegliche Teile dazu beitragen, die Trägerrakete der nächsten Generation anzutreiben, die sich derzeit in der Entwicklung befindet.
Was sind Hyperschallwaffen und warum gibt es einen Wettlauf um ihre Entwicklung? Wei Baoxi, der einige von Chinas „Meilenstein“-Hyperschall-Testflügen beaufsichtigt hat, sagte, dass der experimentelle Motor die Flugeffizienz und Stabilität des Fahrzeugs dramatisch verbessern könnte.
Bekannt als magnetohydrodynamischer (MHD) Antrieb, erzeugt er Schub aus einer elektrisch geladenen Flüssigkeit, die durch eine elektromagnetische Kraft hindurchgetrieben wird, und würde zusammen mit einem anderen luftatmenden Triebwerk, dem Scramjet, verwendet werden.
Das MHD sollte ursprünglich Atom-U-Boote antreiben, erwies sich aber wegen der relativ geringen Leitfähigkeit des Meerwassers als ungeeignet.
Im Gegensatz dazu werden Luftmoleküle auf der Oberfläche eines Flugzeugs, das mit fünffacher Schallgeschwindigkeit oder mehr fliegt, elektrisch aufgeladen und bieten ein ideales Arbeitsmedium für das futuristische Triebwerk.
Laut Wei, der auch stellvertretender Direktor für Kombimotorenforschung am Beijing Power Machinery Research Institute ist, hat der MHD-Motor das Potenzial, die erdnahe Umlaufbahn zu verändern und China an die Spitze des Luft- und Raumfahrtrennens zu bringen. „Diese technologische Revolution ist eine historische Chance, die China nicht verpassen darf“, sagte er. „Mit einem technologischen Vorsprung, einer soliden industriellen Basis und kontinuierlicher Innovation könnte China einen einzigartigen Weg einschlagen, um neue Antriebssysteme für Luft- und Raumfahrtaktivitäten zu entwickeln.“ Wei sieht geflügelte Hyperschallflugzeuge voraus, die herkömmliche Raketen ersetzen, um das Rückgrat des Transports im Orbit zu werden.
Er schätzt, dass der MHD-Antrieb die Gesamteffizienz von luftatmenden Raumflugzeugen – die derzeit von Scramjets angetrieben werden, die Luft ansaugen und mit Treibstoff mischen, um eine Verbrennung zu erzeugen – um 10 Prozent verbessern könnte.
In einem Papier, das im vergangenen Monat in der einheimischen Fachzeitschrift Aerospace China veröffentlicht wurde, sagten Wei und sein Forschungsteam, dass der Luftatmungsantrieb „der Weg wäre, den Menschen einschlagen müssten, um eine hohe Effizienz bei der Reise zwischen der Erde und dem Weltraum zu erreichen“.
China hat bereits Pläne, bis 2035 eine Hyperschall-Passagierflotte aufzubauen, die die erdnahe Umlaufbahn nutzen wird, um jeden Ort auf dem Planeten innerhalb einer Stunde zu erreichen.
China entwirft Hyperschalljet größer als Boeing 737 mit Flügeln wie der Concorde Laut Wei könnte der MHD-Antrieb dazu beitragen, viele der technologischen Herausforderungen zu lösen, die überwunden werden müssen, um kommerzielle Hyperschall-Weltraumflüge Wirklichkeit werden zu lassen.
Derzeit nimmt der von luftatmenden Triebwerken erzeugte Schub mit zunehmender Machzahl ab, und die extrem hohen Temperaturen, die erzeugt werden, können die Oberfläche des Flugzeugs beschädigen.
Es gibt auch das Problem unvorhersehbarer Turbulenzen, die ausgeklügelte – und kostspielige – Flugsteuerungssysteme erfordern, und die Notwendigkeit, dass Hauptkomponenten eines funktionsfähigen Hyperschall-Raumflugzeugs wiederverwendbar sind.
Chinesische Weltraumwissenschaftler haben berechnet, dass das derzeit in der Entwicklung befindliche Hyperschallflugzeug dank seiner Luftatmungsfähigkeit zehnmal effizienter sein wird als eine Rakete, die ihren eigenen Sauerstoff transportieren muss.
Darüber hinaus kann der MHD-Motor, der in einem umgekehrten Zyklus arbeitet, Energie von den umgebenden schnellen, heißen Luftmolekülen absorbieren, um die Oberfläche des Fahrzeugs zu schützen und seine Lebensdauer zu verlängern.
Ein Teil der gewonnenen Energie wird in Strom umgewandelt, um leistungsstarke Plasmastrahlen zur Unterstützung der Flugsteuerung zu erzeugen.
Der Rest wird in einen Nachbrenner geleitet, um zusätzlichen Schub zu erzeugen, indem der Auspuff mit elektromagnetischer Kraft angetrieben wird.
Laut Wei muss der Magnetflüssigkeitsmotor mit anderen neuen Technologien – wie superschnellen Kühlsystemen und Detonationsmotoren – kombiniert werden, um Spitzenleistungen zu erzielen.
Diese Technologien haben bereits in den letzten Testflügen ein enormes Potenzial gezeigt, sagte er.
Ein in Peking ansässiger Weltraumwissenschaftler, der nicht an Weis Projekt beteiligt ist, sagte, die Entwicklung einer brandneuen Technologie sei mit Risiken verbunden und es gebe Anzeichen dafür, dass die chinesischen Weltraumbehörden „nicht alle Eier in einen Korb legen wollen“.
Der Wissenschaftler, der nicht namentlich genannt werden wollte, stellte fest, dass Mitte Februar zwei Entwürfe für Chinas bemannte Trägerrakete der nächsten Generation vorgestellt wurden – ein Hyperschallflugzeug und eine konventionellere zweistufige wiederverwendbare Rakete.
Der konzeptionelle Raketenwerfer wurde als Fälschung verspottet, als er von Wang Xiaojun, Präsident der China Academy of Launch Vehicle Technology, auf einem internationalen Online-Symposium enthüllt wurde.
Social-Media-Nutzer sagten, dass es fast genauso aussah und funktionierte wiederverwendbare Raumschiff von SpaceX, das zum Arbeitstier der US-Weltraummissionen geworden ist.Die riesige Starship-Rakete, die 100 Tonnen Fracht in den Weltraum schicken kann, soll nächsten Monat ihren ersten Orbitflug machen.
Der Erfolg von SpaceX werfe jedoch die Frage auf, ob China nachziehen sollte, so der Pekinger Wissenschaftler, der sagte, einige der wiederverwendbaren Raketenprototypen Chinas hätten bereits bei Testflügen eine vertikale Landung erreicht.
Während Chinas Forscher der wiederverwendbaren Raketentechnologie nicht den Rücken kehren, sagte der Wissenschaftler, dass das Interesse an luftatmender Triebwerkstechnologie stärker sei – und wies darauf hin, dass die Treibstoffeffizienz eines Raketentriebwerks bereits gering sei, wobei angetriebene Sinkflüge und sanfte Landungen noch mehr verbrauchten Energie. „Chinas Ziel ist es, die Raumfahrt so einfach zu machen wie das Fliegen mit einer Fluggesellschaft.
Die Technologie wäre langfristig nicht nachhaltig, wenn sich nur reiche Leute eine Fahrt ins All leisten könnten“, sagte der Wissenschaftler. „Deshalb sagte Wei, dass es eine Revolution geben muss.“
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