Das schwer fassbare Aerospike-Triebwerk könnte endlich flugbereit sein

Jahrzehntelang war ein Triebwerkskonzept namens Aerospike ein schwer fassbarer Konkurrent der traditionellen Glockendüsenrakete.

Obwohl Aerospike-Triebwerke in der Lage sind, höhere Nutzlasten zu liefern und gleichzeitig das Gesamtgewicht der Rakete zu verringern, wurden sie auf der Startrampe nie ernsthaft getestet.

Das deutsche Militär investiert einiges in die Idee und vergibt ein Konzept an ein Start-up, das an der Entwicklung eines Raumflugzeugs der nächsten Generation arbeitet.

Ob die deutsche V-2-Rakete, die legendäre Saturn V der NASA oder die Falcon Heavy von SpaceX, alle Raketentriebwerke haben ein gemeinsames Merkmal: Ihre Austrittsdüsen haben die Form von Glocken. Die Geometrie dieser Düse ist von entscheidender Bedeutung, denn ohne sie könnten Raketen nicht genug Schub erzeugen, um von Startrampen abzuheben, geschweige denn der Schwerkraft der Erde zu entkommen.

Aber die alte Vorgehensweise ist nicht immer die beste.

Spätestens seit den 1950er Jahren fragen sich Raketeningenieure, ob ein anderes Düsendesign, der sogenannte Aerospike, eine effizientere Möglichkeit sein könnte, Menschen zu den Sternen zu schicken. Obwohl das Konzept noch nie eine reale Rakete angetrieben hat (obwohl die NASA in den 1990er Jahren einen Demonstrator auf dem Rücken einer SR-71 flog), ist die Idee des Aerospikes bemerkenswert widerstandsfähig geblieben. Fast 70 Jahre nach seiner Gründung haben in den letzten Jahren viele, viele, viele Luft- und Raumfahrt-Startups mit dem Gedanken gespielt, den Aerospike wiederzubeleben. Das jüngste dieser Unternehmen ist das Startup Polaris, das im April einen Auftrag des deutschen Militärs erhielt, das Potenzial des Einsatzes eines linearen Aerospike-Raketentriebwerks (LAS) in einem Raumflugzeug-Demonstrator zu untersuchen.

Was genau macht diese Triebwerke so verlockend, insbesondere nachdem sich die Glockendüse in der Geschichte der bemannten Raumfahrt mehr als bewährt hat? Raketentriebwerke sind auf Luftdruck angewiesen, um Nutzlasten von der Startrampe zu heben. Auf Meereshöhe drückt der Luftdruck auf die aus der Raketendüse austretenden Gase, und Glockendüsen sind im Wesentlichen darauf ausgelegt, in einer bestimmten Höhe effektiv zu arbeiten (die Space-Shuttle-Rakete war beispielsweise im Weltraum effizienter als auf der Startrampe). Wenn sich eine Raketendüse jedoch beim Entweichen aus der Atmosphäre irgendwie an den Luftdruck anpassen könnte, wäre sie in der Lage, höhere Nutzlasten zu heben, die Raketenmasse zu reduzieren (durch die Einstufung) und wäre insgesamt einfach ein besserer Antrieb. Das ist das Versprechen eines Aerospike-Triebwerks.

Ein Aerospike-Triebwerk ist zur Steuerung der aus der Rakete austretenden Abgase auf den Luftdruck selbst und nicht auf die Wände einer Glocke angewiesen. Dadurch ist der Motor in der Lage, sich an wechselnde Luftdrücke anzupassen. Zwei Arten von Aerospike-Triebwerken – Toroid- und Lineartriebwerke – unterscheiden sich in ihrer Form (wie der Name schon sagt), funktionieren aber grundsätzlich auf die gleiche Weise. Die NASA dachte über Aerospike-Triebwerke für das Space Shuttle nach, bevor sie sich schließlich für die herkömmliche Glockendüse entschied. Und Lockheed Martin entwarf den Space-Shuttle-Nachfolger – das Raumflugzeug X-33 – mit Aerospike-Triebwerken, obwohl das Projekt schließlich verworfen wurde.

Das LAS-Triebwerk von Polaris wird in seinem Raumflugzeug-Demonstrator fliegen und hoffentlich alle Antriebsvorteile von Aerospike-Triebwerken bieten und gleichzeitig besser für das flach geformte Raumflugzeug geeignet sein (d. h. es werden Heckschläge bei Start und Landung vermieden). Darüber hinaus glaubt das Unternehmen, dass es mit den jüngsten Fortschritten im 3D-Druck einige der Designherausforderungen des Motors bewältigen kann – insbesondere die Frage, wie das Ding gekühlt werden soll.

Nur die Zeit wird zeigen, ob Polaris endlich den Aerospike in den Weltraum bringt oder nur ein weiterer gescheiterter Versuch wird, die bemannte Raumfahrt zu revolutionieren.

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