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Virgin Orbit

Boeing 747 als Trägerplattform

Virgin Orbit - Fliegender Start ins All

Flexibel, schnell einsatzbereit, wetterunabhängig – mit diesen Argumenten greift Virgin Orbit den traditionellen Startmarkt an. LauncherOne soll nach dem Abwurf von einer Boeing 747 bis zu 500 Kilogramm Nutzlast ins All bringen.

Kleinere Satelliten haben am Startmarkt oft das Nachsehen: Die wenigsten Raketen sind auf sie spezialisiert, oft erhalten sie Mitfluggelegenheiten bei Starts mit größerer Nutzlast. Ist das Maximalgewicht erreicht oder der noch verfügbare Platz zu gering: Pech gehabt. Dann heißt es auf die nächste Gelegenheit warten. Die US-amerikanische Firma VirginOrbit des Milliardärs Richard Branson möchte dieser Praxis mit ein Ende setzen. Sie spezialisiert sich auf Starts von Satelliten mit 300 bis 500 Kilogramm Masse. Im Gegensatz zu anderen Anbietern wie Rocket Lab wird die Rakete in der Luft von einer umgebauten Boeing 747-400 gestartet. Das passend zu ihrer Aufgabe „Cosmic Girl“ getaufte Flugzeug trägt die an einem Pylonhängende Rakete „LauncherOne“ unter dem linken Flügel bis auf 35 000 Fuß (10 670 Meter). Ähnliche Prinzipien kennt man bereits von Northrop Grumman (L-1011 TriStar mit Pegasus) und Stratolaunch (bis zu drei Pegasus XL-Raketenzwischen den beiden Rümpfen).

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LauncherOne unter dem linken Flügel der 747 "Cosmic Girl". Der erste Falltest im Juli 2019 verlief zur Zufriedenheit der Crew.

24 Raketen im Jahr

Die Entwicklung der LauncherOne-Rakete startete 2012. VirginOrbit baut sie selbst und setzt dazu auch eine spezielle Maschine ein, die mechanische und additive Fertigung kombiniert. So soll die Herstellung bis zu zehnmal schneller laufen, sagt VirginOrbit. Dadurch will man auf eine Stückzahl von maximal 24 Raketen pro Jahr kommen.

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Blick in die Fertigungshalle in Long Beach. Bis zu 24 Raketen pro Jahr sollen hier entstehen.

Ex-Passagierjumbo als Startplattform

Die dritte Komponente neben LauncherOne und Pylon ist das Flugzeug. Die ursprünglich als Passagierjet gebaute Boeing 747-400 gehört zu jenen Exem-plaren, die ab Werk eine Vorrichtung zur Aufnahme eines fünften Triebwerks mitbringen – nun greift dort der Pylon. Der Gewichtsausgleich zur Rakete wird im Flug durch eine Umverteilung des Kraftstoffs vorgenommen. Seit August 2017 wurde „Cosmic Girl“ für ihren neuen Einsatzzweck erprobt. Zwei Jahre danach sind die Tests am Boden und in der Luft nahezu abgeschlossen: Am 10. Juli dieses Jahres wurde LauncherOne zum ersten Mal im Flug ausgeklinkt. Bei diesem Test fiel die mit Dummygewichten beladene Rakete im freien Fall zu Boden, während die Testpiloten besonders das Verhalten des Flugzeugs während der Abtrennung unter die Lupe nahmen.

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"Cosmic Girl" gehörte bereits vorher zur Virgin-Gruppe - sie war vor ihrem Umbau bei Virgin Atlantic als Passagierjet im Einsatz.

Erster Orbitalflug noch dieses Jahr?

Als nächstes großes Ziel steht der erste Orbitalflug von LauncherOne an, der nach Angaben von VirginOrbit noch in diesem Jahr stattfinden soll. „Dutzende Flüge“ seien bereits verkauft. Zu den ersten Kunden zählen die amerikanische und die europäische Raumfahrtagentur, das US-Verteidigungsministerium und die Royal Air Force. In Zukunft plant VirginOrbit den Einsatz mehrerer Flugzeuge von verschiedenen Startplätzen aus.

Flexible Startplattform

Das Unternehmen wirbt mit einer Startmöglichkeit, die innerhalb kurzer Zeit einsatzbereit sein soll, inklusive eines Wunsch-Starttermins für den Kunden. Bei einer Planänderung könnte das Startdatum flexibel angepasst werden, heißt es. Ein Auftrag der Royal Air Force (RAF) für eine Satellitenkonstellation sieht so unter anderem vor, dass der jeweilige Start mit einer Woche Vorlaufzeit angekündigt werden kann. Innerhalb dieser Zeit sollen dann alle Startvorbereitungen abgeschlossen werden. Los geht es voraussichtlich ab Ende 2020. In diesem Rahmen soll auch ein RAF-Testpilot an den Flügen teilnehmen.

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In einem mobilen Reinraum kann die Nutzlast montiert werden. Anschließend wird der gesamte Aufbau zum Flugzeug gebracht.

Startplätze auf drei Kontinenten

Den Ablauf einer Mission stellt sich VirginOrbit folgendermaßen vor: Die Vorbereitungen beginnen mit dem Eintreffen der Nutzlast am Startort. Dort sollen letzte Tests durchgeführt und der Satellit im mobilen Reinraum auf einem Adapter montiert werden. Anschließend erfolgt die Platzierung in der Spitze der Rakete. Voll beladen wird LauncherOne dann unter der Tragfläche der 747 befestigt – und die Reise kann beginnen. Besonders die Flexibilität ihrer fliegenden Startplattform nennt VirginOrbit als schlagendes Argument. So sollen nach jetzigem Stand je nach Zielorbit des Satelliten Startplätze auf drei Kontinenten zur Verfügung stehen, um deren jeweilige geografische Lage optimal zu nutzen.

Wartung in Japan

Von der Mojave-Wüste aus sind Starts in einen sonnensynchronen Orbit geplant. Wünscht der Auftraggeber einen mittleren Erdorbit, soll „Cosmic Girl“ vom Gelände des Kennedy Space Centers in Florida abheben können. Die Andersen Air Force Base auf der Pazifikinsel Guam ist für Starts zu einem äquatorialen Orbit oder in eine niedrige Erdumlaufbahn vorgesehen. Weitere Flughäfen in Europa und Asien sollen dazukommen: Der Spaceport in Cornwall und der Flughafen Taranto-Grottaglie im Südosten Italiens haben bereits grünes Licht gegeben. Mit ANA Holdings, der Muttergesellschaft der japanischen Fluggesellschaft ANA (All Nippon Airways), laufen Verhandlungen über logistische Unterstützung und die Wartung des Flugzeugs, sagt VirginOrbit. Auch Starts von japanischem Boden seien geplant.

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VirginOrbit fertigt die meisten Komponenten der Rakete selbst. Hier ist ein Set Turbopumpen zu sehen.

Beschleunigter Abwurf

Die Besatzung, bestehend aus einem Piloten, einem Copiloten sowie drei Flugingenieuren, soll „Cosmic Girl“ nach dem Start in den Bereich der Abwurfzone bringen. Je nach Satellitenbahn sind für diesen Flug etwa 30 Minuten bis vier Stunden veranschlagt.

Auf der vorgesehenen Höhe klinkt die Crew die rund 21 Meter lange Rakete aus, während das Flugzeug um 27 Grad nach oben geneigt ist. Die nachfolgenden vier Sekunden legt LauncherOne im freien Fall zurück, bis das Triebwerk der ersten Stufe (NewtonThree) bei einer Geschwindigkeit von Mach 0.9 zünden soll. Innerhalb von drei Minuten soll LauncherOne so auf mehr als 12 870 km/h beschleunigt werden. Nach der Stufentrennung bringt das Triebwerk der zweiten Stufe, NewtonFour genannt, die Rakete auf Kurs in Richtung Zielorbit. In rund 500 bis knapp 2200 Kilometern über der Erdoberfläche zündet das Triebwerk planmäßig mehrmals, um die Rakete innerhalb von sechs Minuten auf etwa 28 160 km/h zu beschleunigen. Die zweite Stufe verglüht ebenso wie die erste beim Eintritt in die Atmosphäre.

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Diese Brennkammer wurde in einer Kombination aus additiver und mechanischer Fertigung hergestellt.

Praxistest steht noch aus

Solche Starts haben den Vorteil, dass die Rakete die Erdanziehung nur teilweise überwinden muss, da sie schon beim Ausklinken die Geschwindigkeit und Höhe des Flugzeugs mitbringt. Senkrecht startende Raketen müssen im Gegensatz dazu aus dem Stand beschleunigen, was mehr Treibstoff verbraucht und dadurch das Gesamtgewicht der Rakete erhöht. Wie gut LauncherOne in der Praxis tatsächlich funktioniert, muss sich allerdings erst noch zeigen.

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