SpaceLiner

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Space Liner7 beim Aufstieg (Animationsdarstellung)

SpaceLiner ist die Vision für einen suborbitalen, hyperschallschnellen, geflügelten Passagiertransporter, welche seit 2005 beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Untersuchung ist. [1] In einer Zweitanwendung ist der SpaceLiner dafür vorgesehen, größere Satellitennutzlasten kostengünstig in den Orbit zu transportieren. [2]

Konzept[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die zweistufige, vertikalstartende Konfiguration aus unbemanntem Booster und bemannter Passagierstufe (Orbiter) ist für 50 Passagiere konzipiert und verfügt über insgesamt elf Flüssigkeitsraketentriebwerke (Booster 9, Orbiter 2), welche mit kryogenem Sauerstoff (LOX) und Wasserstoff (LH2) betrieben werden. Nach Brennschluss der Triebwerke kann die Orbiterstufe im Gleitflug große interkontinentale Entfernungen innerhalb kürzester Zeit zurücklegen. Je nach Mission können dabei Flughöhen von 80 Kilometern und Mach-Zahlen über 20 erreicht werden. Flugzeiten sollen mit dem SpaceLiner auf der Strecke Australien-Europa nur 90 Minuten oder auf der Strecke Europa-Kalifornien nicht mehr als 60 Minuten betragen.[3] Mit auftretenden Beschleunigungen von maximal 2,5 g bleiben die Belastungen für die Passagiere bei diesen Missionen noch unterhalb von denen der Space-Shuttle-Astronauten. Darüber hinaus sieht das Konzept die Ausführung der Passagierkabine in Form einer separaten Rettungskapsel vor, welche im Notfall vom Fahrzeug abgetrennt werden kann und den Passagieren eine sichere Rückkehr zur Erde ermöglichen soll.

Die Inbetriebnahme eines ersten operationellen Systems ist nach DLR-Angaben zwischen 2040 und 2050 möglich. Kernaspekt des Konzepts ist die vollständige Wiederverwendbarkeit in Verbindung mit einer der Luftfahrt vergleichbaren Serienproduktion, durch welche eine erhöhte Kosteneffizienz gegenüber heutigen Raumtransportsystemen erwartet wird. Eine zentrale Herausforderung liegt in der Verbesserung der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Raumfahrtkomponenten wie z. B. Raketentriebwerken, so dass sie für den täglichen Einsatz im Passagiertransport in Frage kommen.

Zurzeit wird die Entwicklung des Konzepts durch DLR-interne Mittel sowie im Rahmen von EU-geförderten FP7-Projekten wie FAST20XX und CHATT finanziert. Neben dem DLR sind verschiedene Partner aus dem europäischen Luft- und Raumfahrtsektor beteiligt.

Bisherige Entwicklung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Aktuell befindet sich der SpaceLiner im Stadium des Vorentwurfs. Basierend auf den Ergebnissen der jeweils vorangegangenen Untersuchungen wird der Entwurf im Verlauf der Entwicklung und unter wachsender Berücksichtigung von Subsystementwicklung und -integration vorangetrieben. Parallel dazu werden Studien in Bezug auf Varianten mit veränderten Anforderungen und Spezifikationen durchgeführt, deren Ergebnisse ebenfalls in den gesamten Entwurfsprozess einfließen können[4].

SpaceLiner 2 bezeichnet die erste Version, bei der die Integration eines aktiven Kühlsystems für thermisch hoch belastete Bauteile beim atmosphärischen Wiedereintritt vorgesehen wurde[5].

Die Version SpaceLiner 4 ist eine Weiterentwicklung des SpaceLiner 2 mit verbesserten aerodynamischen und flugmechanischen Charakteristiken. In dem durch die EU finanzierten Forschungsprojekt FAST20XX wurden anhand dieser Konfiguration verschiedene für den SpaceLiner notwendige Technologien experimentell und numerisch näher untersucht[6].

Der SpaceLiner 7 ist die aktuelle Konfiguration, welche sich momentan beim DLR in Untersuchung befindet. Im Rahmen einer numerischen Optimierung wurde zur Verbesserung der aerodynamischen, thermischen und strukturmechanischen Eigenschaften im Hyperschallflug unter anderem der Doppel-Deltaflügel durch einen einfachen Deltaflügel ersetzt. Aktuell werden Subsysteme wie die Passagierkabine, die kryogenen Tanks, das Treibstofffördersystem und der Hitzeschild ausgelegt und integriert.

Momentan wird außerdem eine 100-Passagier-Version des SpaceLiner 7 für kürzere Distanzen unter der Bezeichnung SL7-100 untersucht[7]. Mögliche Reiserouten werden hinsichtlich der zu überbrückenden Entfernung klassifiziert, wobei Klasse 1 die größte und Klasse 3 die geringste, wirtschaftlich noch interessante Entfernung beschreibt. Zur Erfüllung der Missionen soll in Abhängigkeit von der erforderlichen Reichweite eine lange oder eine kurze Version der Boosterstufe zum Einsatz kommen, die jeweils mit der 50- bzw. 100-Passagierversion des Orbiters kombiniert wird.

Technische Daten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Kenngröße Orbiter
(50-Passagierversion)
Booster
(Lange Version)
Gesamt
(Australien-Europa)
Länge: 65,6 m 82,3 m
Flügelspannweite: 33,0 m 36 m
Höhe: 12,1 m 8,7 m 21,5 m
Kabinenlänge: 15,3 m
max. Rumpfdurchmesser: 6,4 m 8,6 m
Leermasse: 130 t 198 t 328 t
Startmasse: 366 t 1467 t 1832 t
Treibstoffmasse: 220 t 1272 t 1502 t
Brennschlussmasse: 151 t 213 t
Max. Flughöhe: ca. 80 km ca. 75 km
Max. Geschwindigkeit: 7 km/s (25.200 km/h) 3,7 km/s (13.300 km/h)
Max. Machzahl: 24 14
Max. Reichweite: ca. 18.000 km
Anzahl Triebwerke: 2 9 11

Antriebe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das SpaceLiner-Konzept soll einen einzigen Typ von wiederverwendbarem Flüssigkeitsraketentriebwerk verwenden, der im Hauptstromzyklus mit vollständiger Vorverbrennung arbeitet. Das Expansionsverhältnis der Düsen ist an die unterschiedlichen Missionen von Booster und Orbiter angepasst. Als Treibstoff ist die hochenergetische und umweltfreundliche Kombination von flüssigem Wasserstoff mit flüssigem Sauerstoff vorgesehen[8].

Kenngröße Orbiter
(50-Passagierversion)
Booster
(Lange Version)
Mischungsverhältnis: 6,0
Brennkammerdruck: 16,0 MPa
Massenstrom (pro Triebwerk): 518 kg/s
Expansionsverhältnis: 59,0 33,0
Spezifischer Impuls (Vakuum): 449 s 437 s
Spezifischer Impuls (Meereshöhe): 363 s 389 s
Schub pro Triebwerk (Vakuum): 2268 kN 2206 kN
Schub pro Triebwerk (Meereshöhe): 1830 kN 1961 kN

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: SpaceLiner – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. M. Sippel, J. Klevanski, J. Steelant: Comparative study on options for high-speed intercontinental passenger transports: air-breathing- vs. rocket-propelled. IAC-05-D2.4.09, Oktober 2005.
  2. Sippel, M., Trivailo, O., Bussler, L., Lipp, S., Kaltenhäuser, S.; Molina, R.: Evolution of the SpaceLiner towards a Reusable TSTO-Launcher. IAC-16-D2.4.03, 67. International Astronautical Congress, Guadalajara, Mexiko, September 2016.
  3. M. Sippel: Promising roadmap alternatives for the SpaceLiner. In: Acta Astronautica, Vol. 66, 2010, S. 1652–1658. doi:10.1016/j.actaastro.2010.01.020.
  4. T. Schwanekamp, C. Bauer, A. Kopp: Development of the SpaceLiner Concept and its Latest Progress (PDF; 1672 kB) 4th CSA-IAA Conference on Advanced Space Technology, September 2011. Abgerufen am 10. Mai 2013.
  5. A. van Foreest et al.: Transpiration Cooling Using Liquid Water (PDF; 29 kB) Journal of Thermodynamics and Heat Transfer, Vol. 23, Number 4. Abgerufen am 15. Februar 2011.@1@2Vorlage:Toter Link/pdf.aiaa.org (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiveni Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
  6. A. van Foreest: The Progress on the SpaceLiner Design in the Frame of the FAST20XX Program (PDF; 138 kB) 16th AIAA/DLR/DGLR International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference. 2009. Abgerufen am 15. Februar 2011.@1@2Vorlage:Toter Link/pdf.aiaa.org (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiveni Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
  7. T. Schwanekamp, J. Bütünley, M. Sippel: Preliminary Multidisciplinary Design Studies on an Upgraded 100 Passenger SpaceLiner Derivative (PDF; 2370 kB) 18th AIAA/3AF International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference. 2012. Abgerufen am 10. Mai 2013.
  8. M. Sippel et al.: Technical Maturation of the SpaceLiner Concept. 18th AIAA/3AF International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference. 2012. Abgerufen am 22. April 2013.