China gelingt Durchbruch bei Hyperschallraketen

Einem Forschungsteam des chinesischen Militärs ist ein Durchbruch gelungen. Sie haben ein Triebwerk für Hyperschallgeschwindigkeiten mit festem Brennstoff entwickelt, das deutlich effizienter arbeitet als andere Feststoff-Scramjet-Antriebe.

Ein Scramjet ist ein Staustrahltriebwerk. In das Triebwerk strömt schnell Luft ein, der Brennstoff zugemischt wird. Das so entstehende expandierende Gas tritt nach hinten aus und erzeugt den Schub. Im Gegensatz zu herkömmlichen Turbofan-Triebwerken, funktionieren Scramjets erst ab Überschallgeschwindigkeit. Ab Mach 1 sind sie dann aber weit effizienter als Turbofans.

Um mit Hyperschallgeschwindigkeit, also mindestens der 5-fachen Schallgeschwindigkeit (mehr als 6.100 km/h), zu fliegen, verbrauchen aber auch Scramjets viel Treibstoff, was die Reichweite reduziert. Eine mögliche Lösung wäre einen Festbrennstoff zu nutzen. Hier scheiterte es bislang an der Effizienz.

Durchbruch ist mit Bor gelungen

Das chinesische Forschungsteam konnte jetzt aber die Treibstoff-Effizienz auf 79 Prozent erhöhen, berichtet SCMP. Dies sei doppelt so hoch wie ein traditionelles Scramjet. Ein entsprechendes Prototyp-Triebwerk wurde am Boden im Labor getestet, bei simulierten 25 Kilometer Höhe und einer Geschwindigkeit von Mach 6.

Als Brennstoff wurde Bor verwendet. Gezündet verbrennt Bor in Pulverform mit heftiger Reaktion, wenn es mit Luft in Berührung kommt. Zu Beginn des Experiments wurde, wie bei einem herkömmlichen Scramjet, einfach nur das Bor-Pulver in den Überschall-Luftstrom injiziert. Danach änderten sie die Einfuhr in den Luftstrom. Statt einer Düse wurden mehrere Düsen genutzt. Das löste zusätzliche Schockwellen aus.

Der Luftstrom wurde durch die Schockwellen auf Unterschallgeschwindigkeit gebremst. So hat das Bor-Pulver mehr Zeit, um sich im Triebwerk mit den Luftmolekülen zu vermischen. Dadurch fiel die Reaktion heftiger aus. Die Temperatur im Triebwerk stieg auf über 3.000 Grad Celsius an – 50 Prozent höher als bei einem normalen Scramjet. Und je höher die Temperatur, desto mehr Schub wird mit derselben Menge Treibstoff generiert.

Höhere Reichweite bei Hyperschallraketen

Laut dem Forschungs-Team könne eine Hyperschallrakete so länger und weiter fliegen. Zudem könne die Bor-Zufuhr elektronisch gesteuert werden. Auf Knopfdruck könne man alle Düsen bis auf eine schließen, wodurch die Schockwellen verschwinden. Dadurch könne dieser Antrieb an die verschiedenen Überschall- und Hyperschallgeschwindigkeiten angepasst werden und immer die Bor-Zufuhr gewählt werden, die bei diesen Geschwindigkeiten am effizientesten ist.

Für das Militär ergeben sich, außer der höheren Reichweite der Raketen, noch weitere Vorteile. Festbrennstoffe sind üblicherweise weniger empfindlich und leichter zu transportieren und zu lagern. Ein Scramjet mit Festbrennstoff würde zudem relativ simpel zu bauen sein, was die Kosten niedrig hält.

China will Technologieführer bei zivilen Hyperschall-Triebwerken werden

Das Team sieht auch Einsatzmöglichkeiten in der zivilen Luftfahrt. Dazu muss man allerdings noch einige Hürden nehmen. Die Schockwellen und die hohe Hitze haben beim Prototypen Schäden an den Düsen verursacht. Bei einer Hyperschallrakete ist das egal, aber bei einem Antrieb, der wiederverwendet werden soll, könnte das zu einem sehr hohen Wartungsaufwand führen.

Wenn es nach der chinesischen Regierung geht, soll man zukünftig jeden Ort der Welt in 2 Stunden oder weniger mit einem Hyperschall-Passagierflugzeug erreichen können. Man rechne damit, dass das eine Revolution im Transportwesen auslöst. China will damit Technologieführer werden und so das Defizit überbrücken, das man bei der herkömmlichen Triebwerk-Technologie hat.

Ein Hyperschall-Passagierflug soll aber nicht vor 2035 stattfinden. Erst wolle man verschiedene Technologien und Antriebsarten erforschen und dann die wählen, die am sichersten und effizientesten ist.