Skylon – Aufstieg ins Weltall
Britische Ingenieure arbeiten seit bald 20 Jahren an Skylon, einem einstufigen Raumfahrzeug, das wie ein Flugzeug startet, in den Orbit fliegt, von dort zurück kehrt und wieder landet. Nun gewinnt die Entwicklung an Fahrt.

Skylon
All diese Fähigkeiten in einem einzigen Raumfahrzeug zu vereinen, hat sich bisher als nicht praktikabel erwiesen. Die Methode der Wahl waren deshalb Raketen, die eine kleine Nutzlast in die Höhe tragen und gleichzeitig auf die notwendige Orbitalgeschwindigkeit beschleunigen können. Die Reibungshitze wird von abbrennenden (“ablativen”) Hitzeschutzschilden (Raumkapseln wie Apollo, Sojus, Shenzou) beziehungsweise wiederverwendbaren Keramikkacheln (Space Shuttle, Dragon) absorbiert. Kapseln landeten schliesslich mit Fallschirmen, das Space Shuttle konnte zumindest halbwegs segeln (wobei seine aerodynamischen Eigenschaften von amerikanischen Astronauten mit einem “fliegenden Ziegelstein” verglichen wurden). Das Problem dieses Ansatzes ist, dass man einen grossen Teil der Hardware wegwerfen muss. Das macht den einzelnen Flug extrem teuer und den erdnahen Orbit damit zu einem Raum, der sorgfältig ausgewählten Spezialisten von wohlhabenden Staaten und Multimillionären vorbehalten ist.
Es gab in der Geschichte der Raumfahrt schon immer Versuche, einen Grossteil der Hardware wiederverwendbar zu machen: dies war auch die grundsätzliche Überlegung hinter dem Space Shuttle (obwohl dort die Kostenersparnis durch die Wiederverwendbarkeit durch die hohen Wartungskosten aufgehoben wird). Meistens versuchte man dabei, die Hardware trotzdem auf mehrere Stufen zu verteilen, um die Vorteile zu nutzen, die sich ergeben, wenn man während des Aufstiegs zumindest einen Teil der Leermasse abwerfen kann. Es gab aber durchaus auch versuche, alle Komponenten in ein einziges Raumfahrzeug zu integrieren. Ein Beispiel ist der amerikanische “Venture Star”, dessen Entwicklung wegen grundsätzlichen Problemen schliesslich eingestellt wurde. Auch der “Delta Clipper”, eine kleine Rakete, die senkrecht starten und landen sollte, sowie “Roton”, der mit Hilfe von Rotorblättern ähnlich einem Helikopter wieder landen sollte, wurden schliesslich wegen fehlenden Geldmitteln eingestellt. Indien plant noch immer den “Avatar”, der in einigen Jahrzehnten vielleicht indische Astronauten ins All und zurück tragen soll. Immer wieder mal geistert die Idee durch die Raumfahrtswelt, einen “Scramjet” genannten Antrieb einzusetzen: dieser komprimiert den Sauerstoff der Luft zusammen mit mitgeführtem Wasserstoff und kann so einen Teil des Treibstoffs auf der Erde lassen (die NASA hat kürzlich die X-51 getestet, eine unbemanntes Testflugzeug, das über einen Scramjet verfügt). Scramjets haben jedoch das Problem, dass sie erst bei hohen Geschwindigkeiten erst zu funktionieren beginnen, da sie den Luftwiederstand bei hohen Geschwindigkeiten benötigen, um den Sauerstoff genügend zu komprimieren. Das heisst, ein Scramjet-Raumfahrzeug muss erst mit konventionellen Triebwerken oder gar einer Booster-Rakete auf die notwendigen Geschwindigkeiten beschleunigt werden – das zusätzliche Gewicht geht dann von der Nutzlast ab. Bisher zeichnet sich in dieser Richtung noch kein Durchbruch ab.

Raumstation
Skylon ist etwa 80 m lang (so lang wie ein Airbus 380), 25 m breit und kann eine Nutzlast von rund 10 Tonnen (in einem Standard-Frachtconatiner, wie er auch in der Schifffahrt verwendet wird) ins All tragen. Das ist Vergleichbar mit dem ATV-Transporter der ESA, mit dem die Internationale Raumstation ISS versorgt wird. Bloss: statt ein paar hundert Millionen kostet eine Raummission mit der Skylon ein paar hunderttausend Dollar (NACHTRAG: langfristig: am Anfang werden mit Kosten von bis zu 40 Millionen pro Flug gerechnet).

Start der A2
Reaction Engines will keine weitere Firma sein, die ausser schönen Power Point Präsentationen nichts bieten hat und ansonsten auf Geld vom Staat wartet. Bereits wurden eine Reihe von Projekten realisiert, um das SABRE-Triebwerk zu perfektionieren – in den nächsten Jahren soll ein Prototyp gebaut werden. Neben einer Reihe von privaten Investoren leistet zur Zeit auch die ESA einen finanziellen Beitrag zur Entwicklung des Triebwerks. Um den Übergang zu Skylon zu vereinfachen (und wohl auch, um weitere Investoren anzulocken), hat Reaction Engines bereits einen Zwischenschritt vorgeschlagen: ein interkontinentales Flugzeug (die “A2″) auf der Basis des Skylon-Designs (mit vereinfachten SABRE-Triebwerken), das mit Mach 5 um den Globus fliegt. Sydney liesse sich damit von London aus in unter fünf Stunden erreichen – umweltfreundlich, dank Wasserstoffantrieb. Nur auf Fenster müssten die Passagiere, aufgrund der Reibungshitze, verzichten. Doch am Ende heisst das Ziel der Entwicklung natürlich Erdorbit, daran lässt Reaction Engines keinen Zweifel. Das Tempo der Entwicklung hat sich in den letzten Jahren merklich beschleunigt, das Design wird in regelmässigen Abständen verbessert, neue Komponenten werden getestet. Bis in 10 Jahren, so der Plan, wird Skylon zum ersten Mal ins All starten.
Reaction Engines
YouTube: Einführung in das Konzept von Skylon
YouTube: Fluganimation von Skylon
YouTube: Container, der Touristen ins All tragen kann
YouTube: TROY Mars-Mission auf der Basis von Skylon
* [i]Ganz korrekt ist es nicht die Reibungshitze, die das zurückkehrende Raumfahrzeug aufheizt, auch wenn das oft so behauptet wird. Die Reibung spielt durchaus auch eine Rolle, aber viel wichtiger ist die Wärme, die durch die Kompression der Luft vor dem einfliegenden Raumfahrzeug freigesetzt wird (analog zur Velopumpe, die sich erwärmt wenn man sie benutzt).[/i]
17 Kommentare
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Kernenergie – das Tor zum Weltraum | Nuklearia — 27. September 2012 @ 18:22
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By Christian, 15. September 2010 @ 14:46
Hört sich wie so vieles faszinierend und vor allem sinnvoll an, man kann nur hoffen, dass es dann nicht wieder an den üblichen politischen, wirtschaftlichen, oder technischen Problemen scheitert!
By Axel, 15. September 2010 @ 19:40
Ich verfolge das Skylon-Projekt seit knapp 1 Jahr. Ich finde die Idee ansich sehr faszinierend und bahnbrechend, wenn es denn alles so klappt wie Reaction Engines es sich vorstellt. Ich bin ein riesen Raumfahrtfan, bin aber auch als Kritiker bekannt, naja das macht Diskussionen erst interessant oder?
Die Idee des SABRE-Triebwerks ist ansich simple, aber es ist im Detail doch sehr komplex aufgebaut und beinhaltet viele verschiedene Teilsysteme, wie zb \”Pre-cooler\” und \”Heat-Exchanger\”, die alle noch nicht hinreichend getestet wurden. Es wurde von denen aber immerhin schon ein Raketentriebwerk \”STERN\” gebaut, welches mit Wasserstoff und normaler Luft arbeitet anstelle reinen Sauerstoffs, um die Machbarkeit luftatmender Triebwerke nachzuweisen. Das war sehr erfolgreich. Aber, sie arbeiten bereits seit mehr als 20 Jahren daran, in den 80ern bereits wollte man mit \”HOTOL\” einen seinstufigen Raumgleiter realisieren, der den Sauerstoff aus der Atmosphäre gewinnt. Was wurde daraus? Natürlich nix, zu teuer wie immer. Und wenn man sich die \”News\” der Firma heute anschaut, dann sieht man auch nur ihre Stand auf Messen mit schönen bunten Präsentationen , Bilder von gemütlichen Firmenausflügen oder den jüngsten Nachwuchs von Mitarbeitern – nein ich habe natürlich nichts gegen Kinder!!! Deren Produktionshalle sieht aus wie eine kleine Garage, deren Produktionsstandort wie eher eine Landwirtschaft. Aber sseien wir jetzt mal ganz optimistisch, wir gehen davon aus das SABRE funktioniert und Skylon eines Tages fliegt (aber garantiert nicht in 10 Jahren), dann wird ein Flug nicht nur einige hunderttausend, sondern 40 Mio kosten, so steht es sogar auf deren Seite. Darin enthalten sind sämtliche Kosten der Entwicklung, der Wartung und des Verschleisses, denn eine Skylon ist nicht unbegrenzt sondern ca 200x wiederverwendbar. Diesen anfänglichen Preis will man dann versuchen zu senken auf deine genannten paar hunderttausend, was man durch eine erhöhte Startrate des Systems erreichen will, Erinnerungen an Versprechungen beim Space Shuttle werden wach! Beim Space Shuttle ging man sogar nur von einem anfänglichen Startpreis von 10,5 Mio pro Flug aus! Skylon müsste also wenn er gebaut wird niedriege Wartungskosten zugleich hohe Startraten haben, wenn er den Flugpreis von 40 Mio senken will und nicht noch erhöhen will. Dies ist übrigens im Bereich einer Sojus-Rakete, die heute schon fliegt und erprobt ist. Die erforderlichen Entwicklungskosten wurden bereits von 9 Mrd auf 12 Mrd korrigiert und man stellt Vergleiche zu A380 und der Ariane5 an. Die ESA hat aber bisher nur wenige Mio bereitgestellt. Desweiteren bleibt die Frage auf Reaktionen im Ausland, aus britischer/europäischer Sicht. Wie reagieren die großen etablierten Raumfahrtorganisationen und Raketen-Hersteller auf so einen neuen kleinen Low-Cost-Anbieter? Sie könnten alles daran setzen dieses Projekt zu stoppen, mit Geld ist vieles möglich, wenn Menschen in entscheidenden Positionen schwach werden. Ich weiss, es scheint viel negatives an meinem Post, aber ich blicke nur auf die Vergangenheit und will nur nicht wieder enttäuscht werden, wie bei all den anderen schönen gepriesenen Projekten die gestoppt wurden. Aber ich drücke Reaction Engines die Daumen!
By Bynaus, 15. September 2010 @ 21:11
Vielen Dank für diesen Beitrag, der wohl eine ganze Reihe von Bedenken zum Projekt abdeckt.
Nur soviel: HOTOL war kein privatwirtschaftliches Projekt, wie es Skylon ist, sondern ein Regierungsprojekt, das vom politischen Willen abhängig war. Alan Bond (der Boss von Reaction Engines) sagt heute, dass HOTOL auch schwere Designfehler hatte (wie die Triebwerke am Heck), die nun bei Skylon behoben sind.
Ich könnte mir vorstellen, dass grosse Raumfahrtfirmen keine Freude daran haben, aber die Reaktion darauf wäre wohl eher der Versuch, selbst ein Skylon-ähnliches Raumfahrzeug zu entwickeln. Man sieht das jetzt gerade recht schön, da Boeing plöztlich in Eigenregie eine kostengünstige Raumkapsel entwickelt (die CST-100), kurz bevor Falcon 9 / Dragon einsatzbereit sind.
By SethSteiner, 16. September 2010 @ 02:17
Na, das nenn ich doch mal ein Raumschiff! So muss das aussehen. Ich hoffe das sich dieses Projekt als sehr erfolgreich herausstellen wird, das wäre denke ich großartig.
By D., 16. September 2010 @ 21:13
Klingt spannend
By Unbekannter Gast, 16. September 2010 @ 21:52
Der Sänger II ist auch zu erwähnen,auch nur wegen der schönheit =). de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4nger_(Raumtransportsystem)
By Axel, 20. September 2010 @ 23:21
Ja wegen mehr aber auch nicht. Bei Sänger war der Antrieb der ersten Stufe immer das Problem, ein Scramjet der nicht funktionierte in allen Geschwindigkeitsbereichen. Es gab alternative ähnliche Projekte anderer Firmen, die anstelle des Scramjets einen Ramjet+Raketenantrieb einsetzten in der ersten Stufe. Das hätte rein technisch funktioniert, nicht aber finanziell. Denn generell sind 2 Stufen in einem Raumfahrtsystem zu teuer, hätte zb das Space Shuttle eine komplett wiederverwendbare erste Stufe, dann wäre es doppelt so teuer wie es eh schon ist, da es einer aufwendigen Wartung eines komplexen und komplizierten Systems unter massiven Personal-Einsatzes bedürfte. Dort punkten dann immer Wegwerfraketen. Es gibt sogar einen noch viel einfacheren Entwurf, den Hopper der ESA. Dieser würde einen bewährten Raketenantriebe nutzen, den der Ariane5. Er würde von einem Schlitten abheben, dann 5,4km/s erreichen und in 140km Höhe einen Satelliten aussetzen, der allerdings auch wieder eine kleine Stufe haben müsste, die aber nicht mehr aerodynamisch geformt sein müsste ohne Verkleidung usw. Hopper selber erfährt beim Reentry eine viel kleinere Belastung, da er weit unter Orbitalgeschwindigkeit eintritt in einem flacheren Winkel mit besserem Auftrieb als das Space Shuttle, daher hätte er auch keine Hitzekacheln. Aber wo ist Hopper nun? Auch daraus wurde bisher nichts, es gab aber immerhin einen völlig automatischen Landeabwurf mit einem verkleinerten Modell. Anscheinend rechnet sich auch ein solches System noch nicht wirklich, die ESA sprach von einer Kosteneinsparung von 50% gegenüber einer Ariane5. Hopper könnte 7,5 t Nutzlast ins All bringen. Aber mittlerweile kann eine Ariane5 über 20 t ins All tragen inklusive Doppelstartfähigkeit, also 2 Satelliten aufeinmal, und die Entwicklung geht noch weiter.
Einzig Skylon kann man eine ernste Chance einräumen, da er ein echter STTO-Flieger wäre. Selbst bei den anfänglichen 40 Mio pro Start bei 12 t Nutzlast wäre er noch immer billiger als eine Ariane 5 mit über 150 Mio pro Start mit 20 t Nutzlast. Mit 2 Starts zu insgesmat 80 Mio hätte man die Ariane bereits übertroffen mit 24 t Nutzlast im All und preislich immernoch weit unterboten. Einzig die Falcon9 wäre presilich vergleichbar mit dem Skylon, allerdings sollen die Preise des Skylon ja stetig sinken, bis runter zu einigen hunderttausend nur noch pro Start. Bei der Falcon9 kann man hingegen das Gegenteil beobachten, nicht zuletzt weil SpaceX anhaltend massiv Mitarbeiter einstellt. Dabei war sein Motto immer \”klein und flexibel\”, ich hoffe er macht nicht die gleichen Fehler wie die anderen großen Firmen. Er fing mal mit 50 Mann an, nun sind es bereits mehrere tausend. Je mehr Leute an einem Projekt dran sind, umso teurer wird es natürlich, was sich unweigerlich in den Startpreisen niederschlagen wird, wenn man nicht in der LAge ist im gleichen Maße die Startrate zu erhöhen.
By Daniel, 26. September 2010 @ 17:16
Wer das Projekt Skylon finanzieren soll, ist derzeit noch völlig ungeklärt. Bis heute stellten sich alle bekannten SSTO Projekte, wegen ihrer unkalkulierbaren Kostenentwicklung, als unrealisierbar heraus.
By Axel, 29. September 2010 @ 22:36
Das ist richtig, REL entwickelt daher auch nur das Triebwerk ansich, nicht mehr aber auch nicht weniger! Dann sind private Firmen gefragt oder staatliche Raumfahrtorganisationen, was sie daraus machen. REL wird am Verkauf der Patente jedenfalls erstmal ordentlich verdienen, obwohl die Triebwerks-Entwicklung bereits staatlich (und vielleicht bald auch privat) gefördert wurde (naja beim A380 wars nicht anders, der als Vergleich mit Skylon von REL auch gerne herangezogen wird).
In der Tat hat sich Wiederverwendbarkeit bisher noch nie bezahlt gemacht, da Raumfahrtmissionen bemannt/unbemannt noch immer zu spezialisiert bzw zu selten sind. Da punkten Wegwerfraketen, die zwischen den Missionen nur geringe Kosten verursachen, während man beim Shuttle oder Skylon einen riesen Stab an Wartungspersonal bezahlen muss.
Sowas rechnet sich nur mit sehr hohen Startraten, mindestens 2-3x wöchentlich. Aber dafür gibt es bisher einfach keine Nachfrage, obwohl Skylon mit seinem Nutzlastvermögen fast alle Bereiche abdecken könnte. Die Frage ist auch, ob er wenn er mit kleinerer Nutzlast startet als die 12 t auch billiger sein würde?
By Bynaus, 30. September 2010 @ 12:48
12 Tonnen wurde gewählt, weil sich das gut mit den heutigen Satelliten verträgt – schliesslich muss Skylon für einen bestehenden Markt entwickelt werden. Für Geostationäre Satelliten wird eine wiederverwendbare Oberstufe zurückgegriffen.
Man muss sehen, dass mit Ausnahme des \”Venture Star\” (und das war letztlich eine SSTO-Rakete, kein SSTO-Flugzeug, das Luftsauerstoff nutzt) noch nie ernsthaft versucht wurde, ein SSTO-Raumfahrzeug zu entwickeln. Roton kam einem privat entwickelten SSTO-Raumfahrzeug am nächsten, scheiterte aber nicht an \”unkalkulierbarer Kostenentwicklung\”, sondern an fehlenden Aufträgen.
By Axel, 17. Oktober 2010 @ 20:34
Hab mich mal über Roton belesen. Roton wäre nicht an fehlenden Aufträgen, sondern überhaupt an der technischen Machbarkeit gescheitert, ein SSTO zu werden.
Es sollte zwar luftatmende Jets nutzen in der ersten Startphase, aber der Nutzen wird hierbei deutlich überschätzt, der Isp wird dadurch lediglich um 20-30s erhöht! Das hätte gerade gereicht um das Gewicht der Rotorblätter zu kompensieren, was die Nutzlastmasse im LEO betrifft. Natürlich wären sie als Landesystem genial gewesen, so sanft setzt nichtmal das Shuttle auf. Aber solang es nicht möglich ist, eine sehr leichte SSTO-Rakete zu entwickeln, brauch man sich über Propeller-Raketen auch keine Gedanken zu machen. Die Erde müsste ca 11% leichter sein, um SSTO-Raketen zu realisieren, die auf heutiger Technik aufbauen.
Also bleibt eigentlich nur Skylon als echtes SSTO. Die Amerikaner entwickeln zwar seit Jahren Scramjet-Antriebe, aber SSTO-Raumgleiter bekommt man damit nicht hin, denn diese brauchen zum Betrieb sehr hohe Grundgeschwindigkeiten und arbeiten dann auch nicht bis Mach 25 (Orbitalgeschwindigkeit) hinauf. Dort brauch man also mindestens 2 oder gar 3 Stufen, wobei sich dann die Frage der Kostenersparnis auftut. Man könnte natürlich auch mehrere Antriebe in ein Vehikel einbauen, nur dann wird alles wieder recht schwer, was Nutzlast kostet.
By heraklit, 27. Dezember 2010 @ 17:40
Ich frage mich welche Folgen es hat wenn der Wassereintrag
in die höhere Atmosphäre durch gesteigerte Raumfahrtaktivitäten, vielleicht auch die A2, je nachdem, in welcher Höhe sie fliegt, hätte.
Wasserdampf kann doch Ozonabbau katalysieren?
By Bynaus, 27. Dezember 2010 @ 18:05
Davon hätte ich noch nie gehört – hast du eine Quelle dafür? Ozonabbau und/oder Erhöhung des Anteils der stratosphärischen Treibhausgase scheint eher ein Problem zu sein, das Kerosin-betriebene Suborbital- und Orbitalraumfahrzeuge mit sich bringen könnten. Skylon, als reines Wasserstoff/Sauerstoff-Raumfahrzeug, ist davon natürlich nicht betroffen.
By heraklit, 27. Dezember 2010 @ 18:39
Nein, tut mir leid, ich habe keine brauchbare Quelle noch kann ich mich erinnern, wo ich das gehört habe.
Die Auswirkungen von H20 bzw OH minus in der Strato- und Mesosphäre werden aber intensiv erforscht- die Atmospären(photo)chemie ist so sensibel, dass sie mit Sicherheit Auswirkungen irgendeiner Art haben.
By Axel, 25. Januar 2011 @ 19:35
Ich denke auch das kann man eher vernachlässigen, selbst wenn es so einen Effekt geben würde, wenn hin und wieder mal eine Skylon sich erhebt. Viel schlimmer sind die tausende an Flugzeugen die TÄGLICH unsere Atmosphäre verpesten mit ihren Abgasen. Neben der Industrie ein erheblicher Faktor, selbst das Auto kommt erst viel viel später.
By heraklit, 26. Januar 2011 @ 15:04
Es geht aber vor alllem darum, dass die A2 in Höhen fliegen würde, die vom atmosphärischen Wasserkreislauf ausgeschlossen sind. Einmal entstehende Wolken würden sich nicht ohne weiteres auflösen.
Nachtrag: Was ich gehört hatte betraf den erhöhten Ozonabbau durch heterogene Katalyse, der an stratosphärischen Wolken,
die vor allem aus Salpetersäure, jedoch auch Wassereis( nicht -dampf) bestehen, stattfindet. Diese beschleunigen die Entstehung von molekularem Chlor aus Chlornitrat, das dann das Ozon zerstört.
http://www.shsu.edu/~chemistry/ESC440/PSC.html