Robert Klatt
China hat einen Feststoff-Scramjet-Antrieb für Hyperschallraketen entwickelt, dessen Effizient doppelt so hoch wie bei traditionellen Staustrahltriebwerken ist. Dies erhöht die Reichweite der Raketen deutlich.
Peking (China). Hyperschallraketen, die eine Geschwindigkeit von mindestens Mach 5 (6.175 km/h) erreichen, werden von einem Staustrahltriebwerk (Scramjet) angetrieben. In einem Scramjet strömt schnell Luft ein, der der Treibstoff beigemischt wird. Es entsteht dadurch ein expandierendes, das hinter aus dem Triebwerk austritt und dadurch Schub generiert. Scramjets sind bei Überschallgeschwindigkeit (Mach 1) zwar deutlich effizienter als gewöhnliche Turbofantriebwerke (Turbofans), benötigen zum Erreichen von Hyperschall aber trotzdem enorme Treibstoffmengen, was zu einer geringen Reichweite führt.
Eine mögliche Lösung für das Reichweitenproblem sind Festbrennstoffe. Bislang scheiterte deren Einsatz jedoch an der zu geringen Effizienz. Laut der South China Morning Post (SCMP) ist es Forschern des chinesischen Militärs nun gelungen, ein Triebwerk für Hyperschallgeschwindigkeiten mit festem Brennstoff zu entwickeln, dessen Treibstoffeffizienz deutlich besser als bei anderen Feststoff-Scramjet-Antrieben ist.
Den Wissenschaftlern ist es gelungen, die Treibstoffeffizienz auf 79 Prozent zu erhöhen. Das ist mehr als doppelt so hoch wie bei traditionellen Staustrahltriebwerken. Ein Prototyp, der im Labor erprobt wurde, konnte bei einer simulierten Höhe von 25 Kilometern eine Geschwindigkeit von Mach 6 (7.350 km/h) erzielen. Als Treibstoff nutzt der Feststoff-Scramjet-Antrieb Bor, das gezündet bei Kontakt mit Luft starke Reaktion auslöst.
Der Festbrennstoffe wird, wie bei einem gewöhnlichen Scramjet, zu Beginn in den Überschallluftstrom injiziert. Anschließend wird die zuvor des Luftstroms durch die Verwendung mehrerer statt nur einer Düse angepasst. Dadurch entstanden im Prototyp zusätzliche Schockwellen, die den Luftstrom auf Unterschallgeschwindigkeit bremsen. Der Festbrennstoffe hat dadurch mehr Zeit sich mit den Luftmolekülen im Triebwerk zu vermischen, was dazu führt, dass die Reaktion heftiger ist. Im Triebwerk kam es dabei zu einer Temperatur von über 3.000 Grad Celsius. Das ist rund 50 Prozent heißer als bei einem normalen Staustrahltriebwerk. Es gilt dabei, dass in einem Scramjet ein höherer Schub erzielt werden kann, wenn dieselbe Treibstoffmenge zu einer höheren Temperatur führt.
Das neue Staustrahltriebwerk kann die Reichweite der Raketen deutlich erhöhen. Zudem kann die Bor-Zufuhr elektronisch kontrolliert werden. Der Antrieb kann dadurch während des Fluges zwischen unterschiedlichen Überschall- und Hyperschallgeschwindigkeiten wechseln und es kann immer die Treibstoffmenge verwendet werden, die bei den erforderlichen Geschwindigkeiten am effizientesten arbeitet.
Ein weiterer Vorteil für das Militär ist die geringere Empfindlichkeit des Festbrennstoffs. Dieser lässt sich deutlich einfacher transportieren und lagern als flüssige Brennstoffe. Auch die Herstellung des Staustrahltriebwerk mit Festbrennstoff ist einfacher. Die Kosten der Hyperschallraketen würden also sinken.
Neben der militärischen Nutzung könnte der Feststoff-Scramjet-Antrieb auch im zivilen Bereich verwendet werden. China hat bereits im Juli 2021 die Entwicklung eines Hyperschallpassagierflugzeugs angekündigt, mit dem bereits 2035 kommerzielle Flüge stattfinden sollen.
