Japanische Forscher haben in einem Hyperschallwindkanal einen Verbrennungstest mit einem mit Wasserstoff betriebenen Staustrahltriebwerk bei Mach-5-Bedingungen erfolgreich durchgeführt. Das Triebwerk war dabei an einem verkleinerten Hyperschallflugzeug installiert. Sowohl das zwei Meter lange Flugzeugmodell als auch das Triebwerk wurden von der japanischen Raumfahrtagentur JAXA in Zusammenarbeit mit der Waseda-Universität, der Universität Tokio und der Keio-Universität entwickelt und gebaut.
Der Flugzeugdemonstrator mit Ramjet auf dem Rücken im Hyperschallwindkanal.
Ein Staustrahltriebwerk, auf Englisch Ramjet, verdichtet die Außenluft durch einen speziellen Lufteinlauf mit Konus anstelle eines rotierenden Verdichters. Die heiße, komprimierte Luft wird dann in einer Staubrennkammer mit dem Treibstoff verbrannt. Das Abgas wird über eine Düse ausgestoßen und erzeugt Schub. Allerdings funktionieren Staustrahltriebwerke erst ab einer bestimmten Geschwindigkeit, Standschub am Boden können sie nicht erzeugen.
Der Test fand in einem Windkanal des JAXA-Raumfahrtzentrums Kakuda (Präfektur Miyagi) statt, wie die JAXA bereits am 16. April mitteilte. Dabei wurde ein Flug mit Mach 5 in einer Höhe von 25 Kilometern simuliert, um die Hitzebeständigkeit des Flugzeugmodells, die Funktion der Steuerflächen und den Verbrennungsprozess des Staustrahltriebwerks zu demonstrieren. Bei Mach 5 erreicht die Lufttemperatur um das Flugzeug herum nach Angaben der JAXA Temperaturen um 1000 Grad Celsius. Dank des Hitzeschutzes habe im Innenraum des Demonstrators jedoch annähernd Raumtemperatur geherrscht. Auch die zur Steuerung des Flugzeugs eingesetzte Elektronik habe einwandfrei funktioniert.
Nächster Schritt: Flugversuche
Neben der Temperaturverteilung an der Oberfläche des Flugzeugmodells haben die Forscher auch die Abgase des Wasserstoff-Staustrahltriebwerks untersucht, um deren Auswirkungen auf die Umwelt besser zu verstehen. In einem nächsten Schritt will das Forscherteam Flugversuche mit Mach 5 mit einem Hyperschall-Experimentalflugzeug durchführen. Es soll dabei auf einer Höhenforschungsrakete oder einem ähnlichen Träger montiert werden.
Die JAXA forscht seit mehr als 20 Jahren an einem luftatmenden Hyperschall-Turbojet mit Vorkühler, der mit Wasserstoff betrieben wird. Dessen Funktion hat die JAXA nach eigenen Angaben vom Start bis zu Fluggeschwindigkeiten von Mach 4 demonstriert. Inzwischen liegt der Fokus auf einer Kombination aus einem solchen Hyperschall-Turbojet und einem Scramjet, einem Staustrahltriebwerk mit Überschallverbrennung. Damit sollen Geschwindigkeiten zwischen Mach 4 und Mach 8 möglich sein.
Die Technologie soll in den 2040er Jahren verfügbar sein. Nach Angaben der JAXA sind solche luftatmenden Wasserstoff-Triebwerke Antriebsoptionen für Hyperschall-Passagierflugzeuge sowie Raumflugzeuge, die bis auf 100 Kilometer Höhe fliegen können. Vorteil von luftatmenden Triebwerken gegenüber Raketentriebwerken ist, dass sie den in der Luft enthaltenden Sauerstoff als Oxidator nutzen und nicht extra in großen Tanks mitführen müssen. Eine der großen Herausforderungen ist jedoch die große Hitze, die bei den extrem hohen Fluggeschwindigkeiten entsteht, und die dadurch nötige Kühlung.
