China will großes Problem bei Hyperschall-Flügen gelöst haben

Chinesische Forscher könnten einen Durchbruch bei der Kühlung von Hyperschallflugkörpern erreicht haben. Wie die South China Morning Post berichtet, sind für das Kühlsystem weder komplexe Materialien noch ein komplizierter Aufbau nötig – nur frisches Wasser.

Bei Hyperschall-Geschwindigkeiten über Mach 5, also der 5-fachen Schallgeschwindigkeit, wird Hitzeentwicklung zu einer enormen Herausforderung. Je schneller die Rakete fliegt, desto stärker ist die Hitzeentwicklung. Deswegen muss mit hitzeresistenten Materialien und aktiver Kühlung gearbeitet werden. Diese müssen zudem lange Flugzeiten überstehen.

Langstrecken-Kühlung nutzt den entstehenden Druck

Das neue System soll bis zu 2,5 Stunden kühlen können und damit deutlich länger als vergleichbare Kühlungen. Das würde für einen Flug von einer Seite der Erde zur anderen reichen. Es sei auch einfacher aufgebaut als andere Kühlungen, wie etwa Röhrensysteme mit Flüssigmetall. Es ist wieder verwendbar und müsse vor jedem Flug nur mit frischem Kühlwasser aufgefüllt werden.

Wie genau die Technik funktioniert, wird nicht erklärt. Laut SCMP heißt es im zugehörigen Paper: „Das System nutzt die Thermalenergie, die durch aerodynamische Erhitzung entsteht, effektiv als treibende Kraft des aktiven Kühlzyklus“. Dabei werde der dadurch entstehende Druck genutzt und das Wasser zu leiten. 

Das Kühlsystem ist zylindrisch aufgebaut und sitzt an der Unterseite des Flugkörpers. Dort erhitzt es sich und die Hitze wandert im Zylinder nach oben. Gleichzeitig bewegt sich das Kühlwasser durch den entstehenden Druck darin im Uhrzeigersinn. Auf dem Zylinder sitzt der Wassertank, der mit einem Aerogel gefüllt ist, das eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt und das Wasser absorbiert. 

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Wasserdampf wird über Ventile abgegeben

Das System wurde 2022 erstmals für die nächste Generation an Hyperschallflugkörpern getestet. Es habe sich gezeigt, dass die Komponenten so während der ersten 50 Flugminuten auf weniger als 100 Grad gekühlt werden können. Danach beginnt das Kühlwasser zu kochen und zu verdampfen. 

Ab Minute 66 wird der heiße Dampf dann kontrolliert über Druckventile abgegeben. Das poröse Aerogel sorgt dabei für eine stabile und verlängerte Verdampfung. Es sorgt außerdem dafür, dass das System nicht überhitzt, sobald das Wasser verkocht ist. Da das Gerät in verschiedenen Flugphasen die Wärmeregulierung anpassen kann, schaffe es „optimale Temperaturkontrolle“. 

Das System soll gezielt kritische Komponenten wie die Elektronik oder das Luftruder schützen. Dabei muss es aber zusammen mit anderen Hitzeschutztechnologien eingesetzt werden. Es sind weiterhin extrem hitzebeständige Beschichtungen und Isolation nötig.

Wettrennen zwischen China und den USA

Wie realistisch der Einsatz eines als so simpel beschriebenen Systems unter Realbedingungen ist, bleibt abzuwarten. Der US-Kongress sprach die Hitze-Problematik 2023 in einem Bericht an, in dem von einer „bestehenden fundamentalen Herausforderung“ die Rede ist. Das habe die Forschung zu Hyperschallflugkörpern in der Vergangenheit ausgebremst.

China erhofft sich mit der neuen Kühltechnologie einen Vorsprung gegenüber den USA. Beide Länder forschen an Hyperschalltechnologien. Im Juli präsentierten die USA mit dem C-HGB eine Langstrecken-Rakete, die 1.725 Meilen (2.776 km) weit bei einer Geschwindigkeit von Mach 17 fliegt. 

Chinas Pendant dazu, die DF-17, wurde 2019 präsentiert. Zusammen mit dem Gefechtskopf hat sie eine Reichweite von 2.500 km. Bis 1.500 km erreicht sie Mach 10, danach wird sie im Gleitflug langsamer. Eine weitere kürzlich getestete Hyperschallrakete auf Basis der DF-17 soll mehrfach zünden und damit Mach 17 erreichen können.