DER NEUE WEG INS WELTALL
Europas Raumtransporter der nächsten Generation

Fred Richter

Raketen, die mit einem gewaltigen Schub von einer Startrampe abheben, dieses vertraute Bild könnte in absehbarer Zeit der Vergangenheit angehören. Im Mittelpunkt der europäischen Forschung steht die Entwicklung einer neuen Generation von Raumtransportern, die wie Verkehrsflugzeuge auf normalen Flughäfen starten und landen.

Was Raumfahrtexperten bislang für unmöglich hielten, wollen europäische Ingenieure verwirklichen: Einen Raumtransporter, der mit ein und demselben Triebwerk ohne Zusatzraketen in den Weltraum gelangt.
Dass ein flugzeugähnliches Vehikel in der Lage ist, aus dem Weltraum in die Erdatmosphäre einzutauchen und dann wie ein Flugzeug auf einer Piste zu landen, wurde bereits mit dem Space Shuttle bewiesen. Zum Start braucht dieses aber für seine drei Raketenmotoren einen riesigen Aussentank, der grösser ist als der Raumtransporter selbst. Als Starthilfe sind daran zwei riesige Zusatzfeststoffraketen montiert. Der Schuss einer einstufigen Rakete in eine Erdumlaufbahn schien bisher ohne Zusatzhilfe technisch nicht machbar. Das Schwerefeld der Erde ist nämlich etwa zehn Prozent zu gross und lässt sich nur mit mehrstufigen Raketensystemen überwinden. Dabei werden die leergebrannten Stufen als wertloser Ballast abgeworfen. Auch das Space Shuttle ist nur ein Kompromiss, denn wiederverwendbar ist von dem mehr als 2’000 Tonnen schweren Raumtransportersystem nur der 68 Tonnen schwere Orbiter.
Der Transport von Nutzlasten ins All kostet derzeit etwa 11’000 Dollar pro Kilo. Diesen finanziellen Aufwand auf rund ein Zehntel zu reduzieren ist das Ziel weltweiter Bemühungen. Diskutiert werden verschiedene teilweise oder vollständig rückkehrfähige, wiederverwendbare Konzepte. Einige davon sehen senkrecht startende Raketen vor, andere wiederum flugzeugähnliche Systeme, die von einem Flugplatz starten und dort auch wieder landen. Im Mittelpunkt deutscher Überlegungen steht eine Huckepack-Lösung, eine horizontal startende Unterstufe (die Trägerstufe) mit einer aufgesattelten Oberstufe (Orbitalstufe), die in etwa 30 Kilometer Höhe ausgeklinkt wird und von dort in eine Erdumlaufbahn aufsteigt. Nach der Mission landen beide Fluggeräte wieder auf dem Flugplatz.
Die erarbeiteten Grundlagen fanden Eingang in Projekte mehrerer Industrieunternehmen, zum Beispiel der Astrium GmbH, Bremen und Ottobrunn, sowie der MAN Technologie AG, Augsburg. Dies unterstreicht die Notwendigkeit der an den Hochschulen mit langem Atem betriebenen Grundlagenforschung, und es zeigt, dass die Industrie die wissenschaftlichen Ergebnisse aufgreift, im Rahmen von Entwicklungsprogrammen (TETRA, ASTRA) nutzt und zunächst auf nationaler Ebene zukünftige Raumtransportsysteme vorbereitet. Durch die Zusammenarbeit von drei Sonderforschungsbereichen – das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist mit mehreren Projekten daran beteiligt – ihre Kooperation mit französischen und russischen Wissenschaftlern sowie ihre Kontakte zur Raumfahrtindustrie, ist ein komplexes Netzwerk entstanden.

Sauerstoff als Gewichtsproblem

Eine heutige Hochenergierakete schleppt 85 Prozent der Gesamttreibstoffe an flüssigem Sauerstoff mit (beim Shuttle-Haupttank über 600 Tonnen), um die Verbrennung des eigentlichen Energieträgers Wasserstoff zu ermöglichen, der nur 15 Prozent des Tankgewichts ausmacht. Aber eine Rakete fliegt anfangs in der dichten Atmosphäre durch einen "Ozean von freien Sauerstoff", den sie nicht nutzt. Die Alternative besteht darin, ihn direkt der Atmosphäre zu entnehmen. Der auf der Unterseite der Trägerstufe angebrachte Antrieb besteht aus mehreren parallel angeordneten Triebwerken. Je nach Fluggeschwindigkeit können sie als Turbo- oder Staustrahltriebwerk betrieben werden. Bei Geschwindigkeiten bis zu etwa dreifacher Schallgeschwindigkeit nutzt man den Turbobetrieb. Dabei wird die in das Triebwerk eintretende Luft in Einlauf und Kompressor verdichtet und dann in die Brennkammer geleitet. Bei höheren Geschwindigkeiten wird auf Staustrahlbetrieb umgeschaltet, bei dem die Sauerstoff enthaltende Luft nur im Einlauf verdichtet und danach ohne Einsatz eines Kompressors direkt in die Brennkammer geführt wird. Da in Höhen über 30 Kilometern nicht mehr ausreichend Sauerstoff zur Verfügung steht, ist allein die Oberstufe mit einem Raketentriebwerk ausgestattet, das flüssigen Sauerstoff verwendet. Wiederverwendbare Raumtransportsysteme bringen Nutzlasten in eine Erdumlaufbahn und kehren anschliessend unversehrt auf die Erde zurück. Voraussetzung dafür ist ein aerodynamischer Flugkörper, in dem Nutzlast, Ausrüstung und Treibstoff optimal untergebracht sind.

Die Ökonomie der Raumfahrt

Auch in der Raumfahrt entspricht es den Gesetzen der Ökonomie, eine möglichst grosse Nutzlast mit einem möglichst kleinen Aufwand in eine Erdumlaufbahn zu befördern. Dabei ist Aufwand zumeist gleichzusetzen mit Gewicht.
Das Startgewicht eines Raumflugzeugs wird nicht nur bestimmt vom Eigengewicht und der zu transportierenden Nutzlast sondern auch von der gewünschten Flugbahn. Festgelegt wird es im Rahmen eines komplexen Entwurfprozesses, in dem die Rechenmodelle für den Antrieb, die Struktur, die Aerodynamik und viele andere Aspekte erstellt werden. Das Ergebnis dieser Berechnungen bezieht sich ausschliesslich auf die zuvor festgelegten Grössen. Ändert sich später der Umfang der Nutzlast, weil etwa zusätzlich noch ein Astronaut transportiert werden soll, hat dies weit reichende Auswirkungen. Die Startmasse erhöht sich dann nicht nur um dessen Gewicht von etwa 100 Kilogramm. Sie steigt vielmehr wesentlich stärker, weil der Rumpf des Raumflugzeugs vergrössert werden muss, der Luftwiderstand steigt, stärkere und schwerere Triebwerke nötig werden und der Treibstoffbedarf zunimmt. Am Ende summiert sich – bei diesem Beispiel –- die Gewichtzunahme um etwa 5’000 Kilogramm.

Beflügelt ins Weltall

Neben einer Reduzierung der heute noch relativ hohen Transportkosten hat die Entwicklung geflügelter Raumflugzeuge zugleich das Ziel, die Missionssicherheit wesentlich zu verbessern. Bei einem Triebwerksausfall zum Beispiel können sie in einem kontrollierten Gleitflug einen Notlandeplatz erreichen. Für in Europa startende Missionen mit dem Ziel einer Umlaufbahn in Äquatornähe werden nur zwei Notlandeplätze benötigt.
Ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung zukünftiger Raumtransportsysteme ist die Aerodynamik. Mit Hilfe von Windkanaluntersuchungen und Computersimulationen lassen sich zuverlässige Daten über die auftretenden Strömungsverhältnisse gewinnen. Bei den Simulationen wird das gesamte Umfeld des Raumflugzeugs durch eine Vielzahl von Gitterzellen aufgelöst. An jedem dieser Punkte lässt sich dann zum Beispiel die Temperatur der umgebenden Luft bestimmen – Voraussetzung für die Auswahl geeigneter Werkstoffe.
Im Über- und Hyperschallflug (der Übergang zwischen beiden Bereichen liegt bei etwa 4’500 Kilometer pro Stunde) erreicht ein Raumflugzeug Geschwindigkeiten, bei denen so genannte "Verdichtungsstösse" entstehen, die am Boden als Überschall wahrgenommen werden können. Um nun den Strömungswiderstand möglichst gering zu halten, hat man für das Fluggerät die Grundrissform eines Deltas gewählt. Die "Flügel" (d.h. eigentlich der gesamte Flugkörper) des Deltas haben abgerundete Vorderkanten, damit die entsprechende Wärme gut abgeleitet werden kann. In Windkanalexperimenten wird die Struktur auf der Körperoberfläche sichtbar gemacht. Da mit zunehmender Geschwindigkeit die auftretenden Phänomene vor allem an der Unterseite des Flugkörpers zunehmend komplexer werden, müssen detaillierte Untersuchungen zum Einfluss einzelner Komponenten auf die Strömung durchgeführt werden.

Von Reibung und Körperformen

Ein optimaler Flug ist ein möglichst "reibungsloser" Flug – im wahrsten Sinne des Wortes. Ein wesentlicher Teil des Widerstands entsteht nämlich durch Reibung der umströmenden Luft an der Körperoberfläche. Die Reibung führt auch zu einer Erwärmung des Flugkörpers, und dies wiederum beeinträchtigt den Verlauf eines Fluges.
Während des Flugs "reisst" ein Flugzeug die Luft nahe seiner Aussenhaut mit. Dort bildet sich eine sehr dünne Störungsschicht. Der Zustand dieser so genannten Grenzschicht bestimmt das Ausmass des Reibungswiderstands und die damit verbundene unerwünschte Aufheizung des Flugkörpers. Unter bestimmten Bedingungen bilden sich an seiner Aussenhaut heisse Flecken oder Streifen. Darauf muss das Wärmeschutzsystem abgestimmt werden. Beeinflusst werden kann die Entwicklung in der Grenzschicht durch die "Körperform" des Fluggeräts. Um den optimalen Wurf zu finden, werden an der Universität Stuttgart in aufwändigen Computersimulationen unter verschiedenen Randbedingungen die strömungsphysikalischen Mechanismen untersucht.

Wasserstoff als Treibstoff

Als Antrieb soll der Unterstufe ein Kombinationstriebwerk dienen, das bis zur dreifachen Schallgeschwindigkeit als Turbinen- und bei höheren Geschwindigkeiten als Staustrahltriebwerk arbeitet, eine völlig neue Technologie.
Der Antrieb der Unterstufe arbeitet nach dem Start zunächst wie die Turbostrahltriebwerke heutiger Düsenflugzeuge. Die einströmende Luft wird zuerst im Einlauf, dann im Kompressor verdichtet und schliesslich in die Brennkammer geleitet. Bei hohen Überschallgeschwindigkeiten wird auf Staustrahltriebwerk umgeschaltet. Staustrahltriebwerke gewinnen die benötigte Antriebsenergie durch die Verbrennung von Wasserstoff mit Luft. Dies ist bei der Überschallgeschwindigkeit ein besonders schwieriges Unterfangen. Die extrem hohe Geschwindigkeit lässt die Verweildauer des Wasserstoffs in der Brennkammer auf Bruchteile einer Sekunde schrumpfen. In extrem kurzer Zeit muss also nicht nur der Treibstoff in die Brennkammer eingebracht sondern auch mit der Luftströmung gut vermischt und möglichst vollständig verbrannt werden. Dabei ist das zentrale Problem, eine sichere Zündung zu gewährleisten und die Flamme stabil zu halten. Dazu müssen eine Vielzahl verschiedener Untersuchungen durchgeführt werden. Bei beiden Betriebsarten müssen die Einläufe so ausgelegt werden, dass die Verdichtung der Luft bei allen Fluggeschwindigkeiten mit möglichst kleinen Druckverlusten geschieht. Im vorderen Teil des Einlaufs erfolgt dies durch eine Abfolge von Verdichtungsstössen, die durch keilförmige Rampen erzeugt werden. Die weitere Verdichtung und Verzögerung im Einlaufkanal geschieht durch eine geeignete Wahl der Querschnitte. Für Antriebe, die in einem hohen Geschwindigkeitsbereich operieren, ist ein genaues Verständnis der hier auftretenden Strömungszustände erforderlich. Ein Phänomen mit Folgen
Das Luft atmende Antriebssystem hat aus konstruktiven und aerodynamischen Gründen seinen Platz im Rumpf der Trägerstufe. Die Zuströmung der vom Triebwerk zur Schuberzeugung benötigten Luft erfolgt also vom Bug bis zum Einlauf des Triebwerks über die Unterseite des Rumpfes – ein Weg mit Tücken. Die Unterseite des Rumpfs soll bei der Antriebserzeugung einen möglichst geringen Strömungswiderstand bieten, gleichzeitig muss aber auch eine ausreichende Luftzuführung für den Antrieb sichergestellt werden. Dadurch treten strömungsphysikalische Phänomene auf, die nicht nur die Luftzuführung erschweren sondern auch zu starken Aufheizungen an der Aussenfläche führen können. Die besondere Art der Luftzuführung hat das Ziel, schon ausserhalb des Triebwerkes die ankommende Luft zu verdichten. Das geschieht durch keilförmige Rampen unmittelbar vor dem Triebwerkseinlauf. Dabei entsteht eine Wechselwirkung zwischen den "Verdichtungsstössen" und der sich durch die mitgerissene Luft entlang der Rumpfunterseite bildenden Strömungsschicht ("Grenzschicht"). Die Auswirkungen dieser "Stoss-Grenzschicht-Wechselwirkung" können zu einer starken Abnahme des Kompressionswirkungsgrades und zu einer lokalen höheren Wärmebelastung führen.

In der Hitze des Fluges

An Flugzeugen, die sich mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit durch die Atmosphäre bewegen, treten durch Reibung an der Aussenseite und bei unstetiger Druckerhöhung sehr hohe Temperaturen auf. Moderne faserverstärkte Kohlenstoffe können Temperaturen bis zu 1’700 Grad Celsius aushalten. Die neuen Raumtransportsysteme jedoch entwickeln an der Aussenwand Temperaturen von 2’220 Grad Celsius.
Das Problem der extremen Temperaturen wird in den Triebwerken durch die Verbrennung von Treibstoff noch weiter verstärkt. Eine Kühlung ist also zwingend erforderlich. Das geschieht zum einen durch Kühlkanäle auf den Innenseiten, zum anderen an der Aussenhaut durch Abgabe von Wärme in die kalte Atmosphäre. Bei der Trennung von Unter-und Oberstufe ist ein Wärmestrom von etwa 335 Megawatt abzuführen. Das entspricht rund 3'350’000 Einhundert-Watt-Glühbirnen oder etwa 20 Prozent der Leistung eines Atomkraftwerks. Die Kühlung erfolgt durch Verdampfen von flüssigem Wasserstoff bei rund minus 250 Grad Celsius, der – als Treibstoff mitgeführt – vor der Verbrennung ohnehin "vorgewärmt" werden muss. Um ein derartiges Flugzeug bis dieser Geschwindigkeiten fliegen lassen zu können, müssen Werkstoffe entwickelt werden, die in der Lage sind, deutlich höhere Temperaturen auszuhalten.

Von der Gefahr der Kollision

Hinsichtlich der Flugdurchführung hat sich die Huckepack-Variante als besonders geeignet erwiesen. Dabei ist die Orbitalstufe an der Oberseite der Trägerstufe angebracht. Zum Erdumlauf muss die Oberstufe nahe des Äquators abgesetzt werden. Schon geringste Störungen der Luftströmung können beide Stufen gefährlich nahe zusammenbringen.
Wenn sich in etwa 30 Kilometer Höhe Unter- und Oberstufe voneinander trennen, besteht höchste Kollisionsgefahr. Auf Grund des geringen Abstandes der beiden Stufen spielen so genannte "aerodynamische-Interferenzeffekte" eine grosse Rolle. Diese auf die Überlagerung von Druckwellen zurückzuführenden Effekte können die Aerodynamik der Orbitalstufe derart beeinflussen, dass es während der Trennphase zu einem Zusammenstoss der Orbitalstufe mit der Trägerstufe kommen kann. Die Kollisionsgefahren sind bei der Auslegung des für die Stufentrennung eingesetzten Flugreglers zu berücksichtigen. Hierzu wurden an der Technischen Universität München weit reichende Untersuchungen durchgeführt.
Es ist wie auf der Autobahn: Beim Überholen eines LKW in geringem Abstand spürt man ein seitliches "Versetzen" des eigenen Fahrzeugs. Das gleiche Problem ergibt sich bei der Trennung der beiden Stufen – angesichts der hohen Geschwindigkeit jedoch in ungleich komplexerer Form. Infolge seiner Fortbewegung wird der Körper von Luft umströmt. Unter den Extrembedingungen der Raumfahrt tritt zusätzlich noch eine Besonderheit auf, nämlich die bereits eingangs erwähnten Verdichtungsstösse. Dieses sind enorme Erhöhungen des Luftdrucks, die den Flug der sich trennenden Stufen stark beeinflussen. Die Ausbildung und Lage der Verdichtungsstösse kann mit Hilfe der Schlierenfotographie im Windkanal untersucht werden. Um die damit verbundenen hohen Kosten zu reduzieren, wurde ein Verfahren der Strömungsfeldberechnung entwickelt, das es erlaubt, die Strömungsvorgänge im Detail am Computer zu studieren und die auf die Körper einwirkenden Kräfte zu ermitteln. Die ergänzenden Windkanalexperimente werden gemeinsam mit russischen Forschern in Nowosibirsk durchgeführt.

Mit voller Kraft in die Umlaufbahn

Nach der Trennung von der Unterstufe beginnt für die Oberstufe der Aufstieg in die Erdumlaufbahn – ein Weg in wissenschaftliches Neuland, der viele Fragen aufwirft: Wie sieht der optimale Verlauf des Fluges aus? Wie lässt sich eine möglichst grosse Nutzlast mit einer möglichst niedrigen Menge Treibstoff in die Erdumlaufbahn transportieren?
Der Weg in die Umlaufbahn vollzieht sich in drei Phasen: Unmittelbar nach der Trennung beschleunigt die Orbitalstufe mit vollem Schub. Dabei verbraucht sie nahezu ihren gesamten Treibstoff. Die zweite, lang andauernde Phase erfolgt dagegen bei kaum noch vorhandener Atmosphäre antriebslos. Hier reicht ein Teil der zuvor gewonnenen Geschwindigkeitsenergie, um den endgültigen Aufstieg zur Zielhöhe zu schaffen. Ist diese erreicht, beginnt der dritte und letzte Abschnitt. Nach einem kurzen Schubimpuls des Raketentriebwerks erreicht die Orbitalstufe die Kreisbahn. Dort verweilt sie dann – bis auf kleine Lagekorrekturen – antriebslos. Wichtig für den Aufstieg sind vor allem die Fluggeschwindigkeit und der Ort der Stufentrennung. Die Trennung muss während eines Fluges in Richtung Osten erfolgen, um den "Schwung" der sich in gleicher Richtung drehenden Erde nutzen zu können. Der dadurch eingesparte Treibstoff kommt einer Erhöhung der Nutzlast zugute.
Für die Spitze des NASA-Experimentalflugzeugs X-38 wurde von der MAN Technologie, Augsburg, aus diesem Material bereits die "Nasenkappe" hergestellt. Dabei galt es nicht nur eine sehr komplexe äussere Form zu verwirklichen sondern auch eine stabile Verbindung der Kappe mit der Unterkonstruktion zu gewährleisten, die den thermischen und mechanischen Belastungen standhält.
Um einen geeigneten Hitzeschild entwickeln und testen zu können, mussten im Versuch Bedingungen geschaffen werden, die denen beim Wiedereintritt entsprechen. Dazu wird in grossen Plasmawindkanälen ein bis zu 20’000 Grad Celsius heisser Gasstrahl erzeugt, in dem Materialproben Temperaturen von bis zu 2’000 Grad Celsius erreichen. Materialien für wiederverwendbare Schutzschilde müssen die einwirkende Energie durch Strahlung wieder abgeben. Je mehr davon ein Material bei einer bestimmten Temperatur abgibt, desto besser ist der Hitzeschutz geeignet. Bei den hohen Temperaturen werden die Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle, aus denen die Luft hauptsächlich besteht, aufgespalten. An der Oberfläche fügen sich die Atome wieder zu Molekülen zusammen und übertragen durch diese Reaktion noch mehr Wärme auf die Oberfläche. Ziel der Materialentwicklung ist also, einen Hitzeschutz zu entwickeln, der den hoben Temperaturen widersteht, seine Festigkeit behält und bei den erreichten Temperaturen möglichst viel Strahlungswärme abgibt.

Der Demonstrator: Phoenix

Viele der für den Bau eines wiederverwendbaren Raumtransporters nötigen Technologien wurden bereits erprobt oder befinden sich im Stadium fortgeschrittener Entwicklung. Als nächster Schritt auf dem Weg zum einsatzfähigen System ist der Bau des Demonstrators Phoenix erforderlich. Zwar können Computersimulationen und Windkanalversuche das Design weitgehend erleichtern, wegen der Vielzahl unterschiedlicher physikalischer Kräfte beim Flug durch die Atmosphäre und theoretisch nur schwer vorhersehbarer Einflüsse bleiben praktische Erfahrungen die wichtigste Grundlage weiterer Entwicklungen.
Der Erprobungsträger, der in Bremen federführend durch Astrium gebaut wird, ist knapp sieben Meter lang bei einer Spannweite von 3,8 Meter und einem Gewicht von 1'200 kg. Die grundsätzliche Auslegung des Systems folgt den Erfahrungen, die mit dem US-Space Shuttle bereits gesammelt wurden: So sind die Trag- und Steuerflächen der zu erprobenden Systemkonfiguration auf das unbedingt erforderliche Mass reduziert. Der Rumpf ist so gestaltet, dass im Inneren ein möglichst grosses Nutzlastvolumen bereit steht, um auch grössere Satelliten transportieren zu können. Die grosszügig dimensionierte Heckfläche bietet ausreichend Platz zum Einbau schubstarker Triebwerke. In der Flugerprobung verfügt Phoenix zunächst über kein eigenes Antriebssystem. Ziel der Erprobung sind Erkenntnisse über das Verhalten des Fluggeräts während eines steilen Landeanflugs und dem anschliessenden automatischen Aufsetzen auf der Erde. Zu diesem Zweck wird Phoenix von einem Hubschrauber auf eine Höhe von rund 3'500 Meter geflogen und abgeworfen. Ein GPS-basiertes Navigationssystem und Sensoren an Bord - zum Beispiel ein Radarhöhenmesser – steuern und überwachen die Flugbahn und erfassen alle relevanten Daten. Deren Auswertung bildet später die Basis für die Systemauslegung.
Der Bau des Phoenix und das Flugexperiment als eigentliches Ziel des Demonstrator-Projektes erfordern einen finanziellen Aufwand in Höhe von 15,5 Mio €. Die private Seite – Astrium und das mittelständische Bremer Raumfahrtunternehmen OHB-System GmbH – investiert davon 7,5 Mio € aus Eigenmitteln. Da es sich um Projekt handelt, das im Wesentichen am Standort Bremen realisiert wird, steuert das Land Bremen 5 Mio € bei. Die weiteren Kosten übernehmen das Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Entwicklung, Bau und Erprobung von Phoenix sollen bis zum Ende des Jahres 2003 abgeschlossen sein.

Die Zukunft: Hopper

Parallel zum Projekt Phoenix arbeitet Astrium bereits an der konzeptionellen Auslegung des einsatzfähigen Systems Hopper. Mit diesem Konzept favorisiert man ein automatisches Transportgerät, das in hohem Masse wiederverwendbar ist und nur vergleichsweise geringe Missionskosten erfordert. Dem äusseren Bild nach ähnelt Hopper dem US-Space Shuttle. Wesentliche Unterschiede: Der Startvorgang erfolgt horizontal auf einem 4 Kilometer langen Schlitten, das Fluggerät wiederum ist deutlich kompakter. Übrigens trägt der horizontale Start wesentlich zur Kostenreduktion bei. Die Konzeption des Startschlittens wird im Rahmen von Astra untersucht und orientiert sich am Notlaufsystem der Magnetschnellbahn Transrapid. Im Ergebnis wird der Eintrittswinkel in die Atmosphäre so optimiert, dass die entsprechende Reibungswärme deutlich niedriger ist als an der Aussenhaut des Shuttle. Damit können die anfälligen und teuren Hitzeschutzkacheln durch ein kostengünstigeres und wartungsfreundlicheres Wärmeschutzsystem ersetzt werden.
Generell ist der Einsatz möglichst vieler, bereits vorhandener Technologien geplant, um die Kosten von Hopper gegenüber einer kompletten Neuentwicklung deutlich zu reduzieren. Dazu gehört die Nutzung einer Weiterentwicklung heutiger Ariane-Triebwerke vom Typ Vulcain.
Während einer typischen Mission erreicht Hopper bereits wenige Minuten nach dem Start eine Höhe von 130 km. An diesem Punkt wird die Nutzlast – in der Regel ein Satellit zusammen mit einer Oberstufe – aus dem Heck des Hoppers ausgesetzt, nach der Oberstufenzündung erfolgt der Transport der Nutzlast an die vorgesehene Position im erdnahen Orbit. Der Start soll wegen der günstigen Nähe zum Aequator im europäischen Raumfahrtzentrum Kourou in Französisch-Guayana erfolgen.
Hopper kehrt automatisch wieder zur Erde zurück, kann aber aufgrund seiner Flugbahn nicht wieder am Startplatz aufsetzen. Vorgesehen sind Aussenlandeplätze im Hoheitsgebiet von ESA-Mitgliedstaaten, etwa auf den Azoren oder anderen Inseln im Atlantik. Der Rücktransport erfolgt dann entweder per Schiff oder als zukünftige Alternative mit Hilfe des in der Entwicklung befindlichen Cargo-Lifters direkt und schnell vom Lande- oder Startplatz. Sollten während des Starts technische Probleme an einem Triebwerk auftreten, kann der Treibstoffvorrat über dem Meer abgepumpt werden. Das Fluggerät kehrt dann auf einem der Aussenplätze zur Erde zurück, ohne dass die Nutzlast aufgegeben werden muss. Der Einsatz von Hopper als wiederverwendbares europäisches Raumtransportersystem ist bis zum Jahr 2015 realisierbar.

Erste Erfolge im Weltall

Es gab auch bereits erste Erfolge im All. Im Oktober 1997 startete mit Mirka an Bord einer russischen Sojus-Rakete die erste erfolgreiche westeuropäische Wiedereintrittsmission, bei der wertvolle Flug-Messdaten zur Bewertung von theoretischen Modellen des Wiedereintritts gewonnen werden konnten. Mirka ist ein wissenschaftlicher Wiedereintrittskörper, das heisst ein Flugkörper, der nach seiner Mission im Weltraum unversehrt wieder zur Erde zurückkehrt. Diese Mission wurde von deutschen Forschern in enger Zusammenarbeit zwischen Industrie und Hochschulen durchgeführt. Weitere Experimente mit einer russischen Foton-Kapsel sind geplant.
Mirka hatte zahlreiche Aufgaben, dazu zählte auch die Erprobung eines neuen Hitzeschutzkonzepts. Weitere Experimente dienten unter anderen der Üeberprüfung der Vorhersagemethoden für die Flugbahn und die mechanischen und thermischen Lasten sowie von Sensoren für Beschleunigungs-, Druck- und Temperaturmessung. Zahlreiche mit der Mirka-Kapsel gewonnenen Erkenntnisse fanden Eingang in die Vorbereitung des Experimentalflugzeugs X-38 sowie des Flugexperiments Expert der ESA.



Bilder: ESA / Astrium / Deutsche Forschungsgemeinschaft
Quelle: Deutsche Forschungsgemeinschaft www.dfg.de/raumtransportsysteme/