Ein Frage die immer wieder kommt, ist, warum nur die Pegasus einen Start aus der Luft, also von einem Flugzeug aus offeriert. Das scheint doch viel praktischer zu sein. Kein Startturm nötig, eine höhere Nutzlast. Warum also nur die Pegasus?
Nun es ist nicht nur die Pegasus. In Russland gab es mal das Projekt Diana-Burlak und vor einiger Zeit las ich auch über das Vorhaben mit einem Kampfjet eine Rakete zu starten. Ebenfalls in Russland.
Aber versuchen wir es mal zu entwirren. Was sind die offensichtlichen Vorteile?
Fangen wir mit dem Bahntechnischen an.
- Die Abtrennung erfolgt in 11 bis 12 km. Das ist zumindest 5% der Mindestbahnhöhe für einen Satelliten (etwa 180-200 km)
- Die Abtrennung erfolgt bei je nach Flugzeug mit einer Geschwindigkeit von 800 bis 900 km/h, das sind 222 bis 250 m/s, die als Startgeschwindigkeit zur Verfügung stehen.
- Bis die Rakete erst mal 11 km Höhe hat, durchquert sie schon die Atmosphäre und hat Verluste durch den Luftwiderstand.
Vergleicht man die Pegasus mit der Minotaur oder Taurus, son benötigt sie etwa 300 m/s weniger für einen Orbit. Das ist der Gewinn durch den Start vom Flugzeug aus. 300 m/s, das bedeutet dass z.B. in einen sonnensynchronen Orbit die gleiche Nutzlast transportiert werden kann wie in eine gleich hohe LEO Bahn. Oder anstatt eine 200 km hohe Bahn eine höhere Bahn erreichen kann. Aber es ist nicht so viel wie manche Laien vermuten. Hauptposten ist in der Tat die Startgeschwindigkeit. Der Luftwiderstand macht bei Raketen nicht so viel aus wie man meint, da sie in der dichten Atmosphäre noch eine geringe Geschwindigkeit aufweisen. Und 11 km Höhe sind eben nur ein kleiner Bruchteil von 200 km Mindesthöhe.
Fangen wir an das ganze auch unter technischen Gesichtspunkten zu diskutieren. Was spricht hier dafür und dagegen?
- Die Pegasus wird unter einem Flügel aufgehängt und wird von dort gestartet. Das wirft einige Fragen auf:
- Ist das generell möglich (räumlicher Aspekt) – passt also die Rakete unter den Flügel und ist ein sicherer Start noch möglich?
- sit die Rakete nicht zu schwer und wie kommt das Flugzeug mit der einseitigen Belastung zurecht?
- Hauptproblem: Wie reagiert das Flugzeug wenn es von einem Moment zur anderen um zig Tonnen an einem Flügel leichter wird?
Ich denke viel größere Raketen als die Pegasus sind nicht unter dem Flügel zu transportieren. Es hat durchaus Gründe warum Bomber in der Regel ihre Last in internen Schächten transportieren. Da aber nur Bomber über so etwas verfügen, sind die Möglichkeiten beschränkt. So viele Bo,ber mit hoher Nutzlast die ausgemustert sind gibt es nicht. Es gäbe natürlich noch die Möglichkeit eine Rakete von einem militärischen Transporter durch die Heckklappe herauszuziehen (durch einen Fallschirm). Die US Army erprobte sogar einmal den Start einer Minuteman auf diese Weise. Doch der Fallschirm bremst die Rakete ab und damit entfällt der Hauptvorteil: 2/3 der Geschwindigkeit die eingespart wird entfallen auf die Startgeschwindigkeit.
Nun könnte man auf die Idee kommen, ein sehr leistungsfähiges Flugzeug umzurüsten, eine An-124, B-747 oder einen Airbus 380. Sie mit einem Schacht wie einen Bomber auszurüsten und daraus die Rakete abzuwerfen. Dort befinden sich sonst die Frachtcontainer. Der Platz stände also zur Verfügung. Der airbus 380 als leistungsfähigstes Flugzeug dieser Liste hat ein Leergewicht von 275 t, ein maximales Startgewicht von 560 t und fasst 310.000 l Kerosin für eine Flugstrecke von 10.400 km. Rechnet man eine Teilbestückung für 2.000 km Reichweite (etwa 2,5 h Flugzeit), so könnte er theoretisch noch mit einer Last von 216 t starten. (die Frachtversion hätte 157,4 t Fracht transportiert, aber mit einer größeren Reichweite).
Es ist nicht gesagt ob dies geht. Die Flugzeuge wurden ja für den Passagiertransport gebaut und nicht zum Abwerfen der Lasten. Kann der Rumpf überhaupt so umgebaut werden ohne Strukturelle Integrität zu verlieren?
Flüssige Treibstoffe bei den Trägern dürften ausscheiden. 200 t schwappender Treibstoff beim Start wären kaum tolerierbar. Anders als beim Treibstoff des Flugzeugs befindet er sich an einer Stelle (beim Flugzeug verteilt in den Flügeln) und die Tanks sind anders als die flachen Tanks unter den Flügeln kaum zu schützen gegen das Schwappen.
Daneben stellt sich auch das Problem der Sicherheit und kryogenen Treibstoffe scheiden wegen des Verdampfen und der Brandgefahr aus.
Bleiben feste Treibstoffe. Obwohl die meisten neueren Träger für kleine und mittlere Nutzlasten diese einsetzen ist die Pegasus die einzige Rakete die vom Flugzeug aus startet. Warum? Nun eine Startbasis, deren Kosten eingespart werden könnten ist bei einer Feststoffrakete eine einfache Konstruktion. Die Treibstoffe müssen nicht befüllt werden. Es reicht eigentlich ein kleiner Nabelschnurmast mit Datenleitungen und einer Stromversorgung bis zum Abheben und ein Startisch. Gerade diese einfache Konstruktion macht ja auch einen Start vom Flugzeug aus möglich.
Den geringen Investitionen in das Bodensegment stehen aber bei einem Umbau einer größeren Maschine sehr hohe Kosten für den Umbau dieser und auch die Beschaffung und betrieb entgegen. Bei der Pegasus war das noch möglich weil man eine Lockheed L1011 nahm, die ausgemustert wurde und nur eine Halterung für den Flügel brauchte. Aber sie war auch klein. Die Vorteile war eine maximale Nutzlast für NASA und DoD Missionen: Das DoD war am Start kleiner Militärsatelliten in sonnensynchrone Orbits interessiert, die NASA an Starts in 30-38° geneigte Bahnen, damit die Satelliten die maximale Nutzlast ausnutzen konnten und die USA überflogen wurden. Es handelt es sich um Astronomiesatelliten mit dem „Dump and Store Prinzip“. So wären zwei Startbasen nötig gewesen. In diesem speziellen Fall war der Start mit dem Flugzeug billiger als zwei Startbasen.