Die Wasserfallrakete – Teil 2

Heute geht es weiter mit der technischen Beschreibung der Wasserfallrakete. Der erste Teil erschien gestern und beschäftigte sich mit der Technik. Heute geht es um die Produktion und den Einsatz und eine Beurteilung. Morgen folgt ein weiterer Teil in dem ich mir Gedanken über einen anderen Einsatz der Wasserfall gemacht habe.

Anforderung

Die Ansprüche an die Rakete waren relativ hoch: sie sollte Flugzeuge, die bis zu 864 km/h schnell waren in einer Höhe von 5 bis maximal 19 km bekämpfen und eine Querreichweite von 48 km aufweisen. Die erste Anforderung ist noch technisch erklärbar: So schnell waren die ersten Düsenjäger, die Me-262, den Deutschland ab 1942 entwickelte. Man rechnete damit das auch die Alliierten solche Flugzeuge entwickelten, was auch der Fall war, sie waren aber erst nach Kriegsende einsatzbereit. Da allerdings Bomber etwa 150 bis 200 km/h langsamer als Jäger waren, hätte auch eine niedrige Geschwindigkeit ausgereicht. Die meisten Bomber die zu bekämpfen waren, flogen in 6.000 bis 7.300 m Höhe in mehreren Linien. Schon diese Höhe war ein Schutz vor deutschen Jägern mit Kolbenmotoren, die als sie konzipiert wurden, für einen Luftkampf in niedriger Höhe auslegt waren und in dieser Höhe verloren die Motoren schon deutlich an Leistung. Das Serienflugzeug mit der höchsten Dienstgipfelhöhe im Zweiten Weltkrieg, war die Ju 388 mit 13 km Maximalhöhe. Verständlich ist dagegen die hohe Querreichweite von 48 km. Sie verkleinert die Zahl der Batterien, die man für die Überwachung von Deutschland brauchte – man wusste ja nie wo ein Angriff erfolgen würde. Gerade diese Querreichweite ist aber schwer zu erreichen, zumal beim Abfangen die Rakete dann immer noch in 7 km Höhe sein muss. Realistisch halte ich einen Kreis, der sich aus der angetriebenen Phase ergibt, das ist ein Radius von etwa 7 bis 8 km.

Für die Steuerung ist das grundlegende Problem, dass sobald der Raketenmotor aus ist, die Rakete in eine Wurfparabel übergeht. Damit kann sie weder visuell von einem Operator nach Intuition gesteuert werden, noch kann man den Punkt wo sie die Zielroute kreuzt, einfach durch Extrapolation der bisher zurückgelegten Strecke berechnen. Realistisch würde ich annehmen kann man die Rakete so lange einsetzen, bis der Antrieb den Treibstoff verbraucht hat, oder vielleicht noch einige Sekunden lang. bevor die Bahn zu sehr von einer Gerade abweicht. Die Zahl der stationierten Batterien lässt ebenfalls den Schluss zu, dass man die Rakete nur in der aktiv angetriebenen Phase steuert.

Treibstoffe

Da die Rakete längere Zeit – Ziel mehrere Monate – auf der Lafette aufgetankt startbereit sein sollte kam flüssiger Sauerstoff wie bei der A-4 als Treibstoff nicht infrage. Verwendet wurde als Oxidator SV-Stoff. Die Bezeichnung von Stoffen bei der Raketentechnik ist so eine Besonderheit des dritten Reichs. Der SV Stoff bestand aus 90 Prozent konzentrierter Salpetersäure und 10 Prozent Schwefelsäure. Einem Chemiker wird die Mixtur bekannt vorkommen: Das damals auch „Salbei“ genannte Gemisch ist eine Nitriersäure, die man benötigt um Stickoxidgruppen in organische Verbindungen einzubringen, wie bei der Herstellung von Nitrogylcerin und Nitrocellulose. Die Zumischung von Schwefelsäure erhöhte die Säurestärke und zudem spaltet sie die Salpetersäure in Wasser und Stickstoffdioxid das der reaktive Teil der Säure ist.

Als Treibstoff wurde die noch ungewöhnlichere Mischung von Visol, eine Mischung aus Vinylisobutylether und Anilin eingesetzt. Sie fiel bei der Kohleverflüssigung als Nebenprodukt bei der Synthese künstlicher Kraftstoffe an. Zumindest das Anilin reagiert mit der Salpetersäure hypergol, das Triebwerk ist also selbstentzündend. Bei der angegeben Dichte von 0,9 müsste die Mischung zu je 50 Prozent aus Anilin und Isobutylvinlyether bestehen. Andere Infos geben die Zusammensetzung mit 40 % Optol, 10 % Anillin und 50 % Visol an. Was sich unter „Optol“ verbirgt, konnte ich nicht in Erfahrung bringen, doch da sich unter „Visol“ der Vinylether verbirgt, würde ich auf einen anderen Ether tippen. Die Mischung hat eine Dichte von 0,9 und einen spezifischen Impuls von 1.795 m/s, was fast der gleiche Impuls wie bei der Anilin/Ethermischung ist. Optol müsste dann eine Dichte von 0,83 haben, etwas mehr als die von Vinylether (0,77). 1-Octanol hat genau diese Dichte und „passt“ zu der Nomenklatur.

Experimente zeugten das eine Salpetersäure mit „Visol“ oder „Optolen“ einen spezifischen Impuls von 2.100 m/s bei einer Mischung von 4:1 ergaben. Er sank auf 2.000 m/s ab, wenn Nitriersäure anstatt reiner Salpetersäure genutzt wurde.

Die Wahl der Triebstoffe ist relativ typisch für diese Zeit: abgeschnitten von dem Import von Erdöl nahm man, was man hatte, auch wenn es nicht optimal war. Die Salpetersäure im Oxidator hat zum Beispiel für die Verbrennung keinen Nutzen, ebenso wäre ein Kohlenwasserstoff wie Heizöl, Diesel oder Benzin als Treibstoff eine bessere Wahl. Doch da die Rakete keine so hohe Geschwindigkeit wie eine A-4 erreichen sollte, reichte die Kombination aus.

Während der kurzen Zeit der Raketenentwicklung im Nazireich wurden alleine bei BMW 3.000 Treibstoffkombinationen untersucht. Genommen wurden meist „praktikable“ Lösungen. So hätte die A-4 mit reinem Alkohol eine um 100 m/s höhere Ausströmgeschwindigkeit und 5 % mehr Schub aufgewiesen. Ebenso ist die zugemischte Schwefelsäure bei der Wasserfall nicht für die Verbrennung nötig. Reiner Alkohol (A-4) oder reine Salpetersäure (Wasserfall) gab es aber nicht in den benötigten Mengen). Es wurde durchaus auch besseren Treibstoffen experimentiert, so erreichte man in einer wassergekühlten Brennkammer mit Diesel / Sauerstoff einen spezifischen Impuls von 2.423 m/s und nahm an in einem echten Raketenantrieb wäre der spezifische Impuls sogar noch höher.

Neben der begrenzten Verfügbarkeit von Kohlenwasserstoffen wie Benzin, Diesel oder Kerosin die für die Panzer, U-Boote und Jagdflugzeuge vordringlich benötigt wurden, gab es auch andere Erwägungen für den Einsatz. Viele der Mischungen wurden so komplex, um Probleme beim Antrieb wie Verbrennungsinstabilitäten oder Detonationen bei der Zündung zu vermeiden. Daneben war eine kriegsbedingte Einschränkung das es keine hochlegierten Spezialstähle für diese Waffen gab. Bei der Wasserfall wurde untersucht, inwieweit die Wahl von „qualitativ besseren“ Komponenten sich auf den Herstellungspreis auswirkte. Er würde dann von 7.000 bis 10.000 Reichsmark auf 14.000 Reichsmark pro Stück steigen. Ich denke auch die kurzen Düsen, welche die A-4 und auch die Wasserfall nach den Abbildungen haben, ist dem Mangel an Hochtemperaturstahl geschuldet: Die kurzen Düsen werden aktiv gekühlt, sie müssen mit steigender Fläche dünner werden damit ihr Gewicht nicht zu groß ist. Moderner Hochtemperaturstahl wird daher für diese ungekühlten Verlängerungen genutzt, er kann sich bis zur Rotglut erhitzen und erweicht nicht. Mit einfachem Stahl wie er für diese „Wegwerfwaffen“ vorgesehen war, war dies nicht möglich. Die kurzen Düsen beschränkten so die auch den Anteil der Energie, die man aus dem Treibstoff herausholen konnte. Bei der A-4 experimentierte man sogar damit die Tanks aus Stoffplanen herzustellen, um Material einzusparen. Bei Verwendung adäquater Materialien und Kohlenwasserstoffe als Treibstoffe und reiner Salpetersäure als Oxidator erreichte man einen spezifischen Impuls von 2.400 bis 2.500 m/s auf Meereshöhe also rund 700 m/s mehr als bei der Wasserfall. Da der Treibstoff aber nur die Hälfte der Startmasse ausmachte, spielte dies keine Rolle.

Die besten Daten zu der Rakete gibt es bei Norbert Brügge. Sie sind aber auch nicht kohärent, so korrespondiert das Tankvolumen nicht mit der Treibstoffmasse und die Rakete wäre 3,7 t anstatt der oft genannten 3,55 t schwer.

Parameter	Wert
Schub:	77,9 kN theoretisch, 76.367 N praktisch
Brennzeit:	44,7 Sekunden theoretisch 40-42 s praktisch
Oxidator (Salbei, 90 % HNO3, 10 % H2SO4)	1.504 kg (benötigt ein Volumen von 976 Litern)
Tankvolumen:	1.043 l nutzbar, 48 l Druckgasvolumen
Verbrennungsträger Isobutylvinylether / Anilin „Visol“	442 kg (benötigt ein Volumen von 491 Litern)
Tankvolumen:	443 l + 19 Druckgasvolumen (ausreichend für 399 kg Treibstoff)
Treibstoffdurchsatz	43,5 kg/s (entspricht einem spez. Impuls 1.755 m/s und 44,7 s Brennzeit)
Ausströmgeschwindigkeit:	1.768 m/s
Druckgasflasche:	270 Bar Anfangsdruck, 70 kg Stickstoff
Tankdruck:	28 Bar
Brennkammerdruck	15 Bar
Trockengewicht:	1.756 kg
Gesamtimpuls	3,052 Millionen Ns, entsprechend 1.568 m/s Durchschnittsimpuls nach Gewicht und 1.604 m/s nach Volumen, wohl nutzbarer Gesamtimpuls
Beschleunigung:	44 m/s beim Ziel
Triebwerk:	110 cm Länge, 50 cm maximaler Durchmesser
Gesamtmasse:	3.702 kg (berechnet)

Stationierung

Ursprünglich war geplant, die Wasserfall vor dem Start am Boden mit vier Sprengbolzen zu verankern, die bei Erreichen der vollen Schubkraft entsichert würden, aber es kam zu Pannen, wenn sich einer oder mehrere Bolzen nicht richtig lösten. Diese Methode wurde aufgegeben, als festgestellt wurde, dass die Wasserfall bei Windgeschwindigkeiten von bis zu 60 km/h sicher stehen konnte, ohne festgebunden oder festgeschraubt zu werden.

Anders als die Rheinbote oder HS-117 war kein Start von einer Lafette eines Flakgeschützes vorgesehen, sondern die Rakete stand wie eine A-4 einfach auf dem Grund. Eine Batterie hätte rund 100 Wasserfallraketen gehabt. Die große Zahl ergibt sich daraus, das eine Bomberflotte aus mehreren Hundert bis über Tausend Flugzeugen bestand und bei einer Überflugroute nur eine Batterie, maximal zwei in Reichweite waren. Gedacht waren drei Abfanglinien, die sich in 80 km Distanz über Deutschland zogen.

In einem ersten Schritt sollten so alle Städte mit mehr als 100.000 Einwohner geschützt werden. Dafür hätte man 200 Batterien benötigt. Zwischen den beiden westlichsten / östlichsten Städten Köln und Königsberg (heute Kaliningrad) beträgt die Strecke ziemlich genau 1.000 km. Bei drei Linien läge die Distanz zwischen zwei Batterien so bei etwa 14 km. Später sollte die ganze Fläche Großdeutschlands geschützt werden, wofür man 300 Batterien brauchte. Im November 1945 sollte die erste Batterie einsatzbereit sein, 20 weitere sollten bis März 1946 folgen.

Aufgrund der großen Bomberflotten der Allierten ergaben sich hohe Produktionszahlen. AbMärz 1946 sollten 900 Raketen pro Monat gebaut werden. Für eine volle Abdeckung Deutschlands rechnet man mit 5000 Raketen pro Monat, die im November 1946 erreicht werden sollten. Schon bei dem Design hatte man dies berücksichtigt. Die Rakete bestand aus mehreren Sektionen, die unabhängig voneinander produziert werden konnten. Bis auf den Antrieb und die Steuerung erforderte dies keine besondere Qualifikation der Betriebe. Die Stückzahl erscheint hoch, aber eine Wasserfall war viel einfacher aufgebaut als eine A-4 und preiswerter zu produzieren und von dieser wurden – bevor Materialmangel die Produktion begrenzte – 700 Stück pro Monat gefertigt. Eine Wasserfall, so schätzte man, würde 7.000 bis 10.000 Reichsmark in der Produktion kosten. Die Produktion einer A-4 kostet in Großserie 35.000 Reichsmark. Für jede Rakete wurden 500 Arbeitsstunden veranschlagt (zum Vergleich: für eine A-4 (V-2)-Rakete wurden 4.000 Arbeitsstunden benötigt).

Die Fertigung sollte in der unterirdischen Fabrik von Bleichrode durchgeführt werden. Finanziell wäre die Wasserfall daher (verglichen mit der Flak-Abwehr) schon ein Erfolg gewesen, wenn nur jede vierzigste Rakete einen Abschuss erzielt.

Insgesamt halte ich die Wasserfall für den aussichtsreichsten Kandidaten für eine Flugabwehrrakete. Dafür spricht auch ihr Nachbau in drei der vier Alliierten. Was gegen sie spricht ist ihre Komplexität. Andere Autoren halten die „Taifun“ als ungelenkte Rakete für Aussichtsreicher, doch mit ihrem kleinen Sprengkopf müsste diese schon einen direkten Treffer erzielen. Die engste Formation flog die USAF ab Winter 1944/45. In einer Box von 200 x 360 und 230 m in der Höhe befanden sich 27 Maschinen. Eine Maschine hat eine Gesamtfläche von etwa 200 m². Rein theoretisch müsste man also 14 Taifun bei gleichmäßiger Verteilung abschießen um eine Maschine zu treffen.

Beurteilung

Man kann heute nur spekulieren, ob die Rakete das geleistet hätte, was man sich von ihr versprach. Ich persönlich halte auch die Steuerung durch einen Bediener für zu unsicher. Die Rakete ist selbst mit einem Fernrohr in einigen Kilometern nur ein Punkt und es ist schwer zu erkennen, ob sie den Weg der Bomber kreuzt. Selbst dann muss man den richtigen Auslösezeitpunkt erwischen – die Rakete ist rund 600 m/s schnell, eine Verzögerung von 1 Sekunde bedeutet also das sie 600 m über den Bombern detonieren würde. Die Auslösehöhe ist der kritische Punkt. Dagegen muss man wegen der Formationen die die Bomber einhielten nicht genau zielen. Im Februar 1943 wurde für die B-17 die Wedge Formation eingeführt. 54 Flugzeuge nahmen eine Fläche von 2,1 x 0,3 km ein. Später wurden die Formationen noch enger zum Schutz vor Jagdflugzeugen und Flak.

Zum Vergleich der Kosten: eine B-17 der wichtigste Bomber der Alliierten kostete 187,742 US-Dollar pro Einheit zu Produktionsende, das entspricht rund 500.000 Reichsmark in Vorkriegswechselkursen. Alleine die Schäden durch die Bomben, die durch einen Abschuss vermeidbar waren, wären viel größer gewesen als die Produktionskosten der Raketen, auch wenn vielleicht nur ein kleiner Teil Abschüsse erzielen konnte. Für die gleich Anzahl von Abschüssen nahm man an 4.000 Stück konventionelle Flakgranaten nötig gewesen mit einem Kostenaufwand von 400.000 RM. Eine Quelle, welche die Bekämpfung der Bomber mit Flak bei der Operation „Gomorrha“ (Bombadierung von Hamburg zwischen dem 25.7. und 3.8.1943) auswertete, kam zu folgendem Ergebnis:

„Im Jahre 1944 entfielen auf jeden Flugzeugabschuss mit Flakwaffen durchschnittlich

8,8cm 36/37: 16000,
8,8cm 41: 8500,
10,5cm: 6000,
12,8cm: 3000.

Die Abschusskosten […] können auf rund 2,7 Millionen RM je Flugzeug geschätzt werden […].“

Demnach rechnete man bei der Äquivalenz zu den Granaten wohl auch damit das nur jede siebte Wasserfall einen Abschuss erzielte. Es gibt aber auch andere Quellen die von 2.000 Granaten der 8.8 pro Abschuss sprechen.

Bei Flakgranaten gab es zu Ende des Krieges Zeitzünder, das steigerte die Abschlussrate da nun kein direkter Treffer mehr nötig war. So etwas wäre auch für die Wasserfall denkbar, müsste aber da die Flugzeit je nach Winkel variiert, jedes mal eingestellt werden. Ideal wären Drucksensoren, denn die Flughöhe der Bomber konnte man mit Radar bestimmen. Leder weiß ich nicht, ob solche Sensoren mit der notwendigen Genauigkeit damals zur Verfügung standen.

Eventuell wäre eine Radarleitung besser gewesen. Es gab zu Ende des Zweiten Weltkriegs schon das Suchradar „FU-240 „Berlin“, das wie die heutigen Radargeräte funktioniert, aber selbst die einfacheren Radargeräte, die schon bei Abfangjägern eingesetzt wurden, hätten ausgereicht. Im Prinzip muss man ein von der Rakete ausgesandtes Radarsignal nur mit vier Antennen erfassen, die in einem Kreuz angeordnet ist. Schaltet man die jeweils entgegengesetzten Antennen so zusammen das sich ihrem elektrischen Signale auslöschen, so verändert die Rakete nicht ihren Kurs, wenn das Ziel genau in der Mitte der Antennen ist. Ist es etwas Links so empfängt die linke Antenne ein stärkeres Signal und dieses nach Abgleich mit der rechten Antenne verstärkt würde die Stahlruder so ausrichten das die Rakete nach links schwenkt bis das Ziel wieder in der Mitte ist. Der Nachteil ist ,das die dafür notwendigen Antennen, vom Personal „Matrazen“ genannt, sehr ausladend sind. Sie reduzieren nicht nur die Spitzengeschwindigkeit es ist auch zweifelhaft, dass sie den viel höheren Luftwiderstand der Wasserfall verglichen mit den Nachtjägern, ohne Beschädigung überstanden hätten.

In jedem Falle kam das Projekt zu spät. Der erste Start erfolgte eineinhalb Jahre nach der A-4. Hätte man das Projekt früher angegangen – spätestens nach dem ersten 1000 Bomber Angriff in der Nacht vom 30 auf 31 Mai 1942 – dann hätte eine Chance bestanden, dass sie noch rechtzeitig einsatzbereit gewesen wäre. So kam sie einfach zu spät und ging als eines der technisch fortschrittlichen aber nie zu Ende entwickelten Rüstungsprojekte des Dritten Reichs ion die Geschichte ein.

Die Alliierten produzierten im Krieg insgesamt 45.000 Flugzeuge der Typen Halifax, Lancaster und B-17/B-24. Rechnet man damit, dass diese in drei Jahren gebaut wurden, so müssten 15.000 Bomber pro Jahr abgeschossen werden, nur damit ihre Zahl nicht weiter zunimmt. Bei 60.000 pro Jahr produzierten Raketen des Produktionsziels müsste jede vierte einen Abschuss erzielen. Ein Jagdflugzeug des Standardtyps Me-109G kostet 250.000 Reichsmark in der Produktion. Es wäre also nur „besser“ wenn es mehr Abschüsse erzielt als 25 bis 40 Wasserfall-Raketen und da es einen Piloten braucht, der im Einsatz sterben kann, wäre die Rakete, wenn sie die Erwartungen erfüllt hätte, die bessere Wahl gewesen.

Das grundsätzliche Problem der Wasserfall ist eines des dritten Reiches selbst. Anstatt eine Großproduktion der vorhanden Geräte zu forcieren und diese graduell zu verbessern steckte man große Ressourcen in neue Entwicklungen. Viele davon wurden nicht mehr rechtzeitig fertig wie die Wasserfall, andere waren einfach zu komplex, oft auch zu teuer und so nicht in großen Stückzahlen verfügbar wie der Panzer „Tiger“ oder der erste Düsenjäger „Me-262“. Es war eine gewisse Technikverliebtheit, in der Überzeugung fortschrittlichere Waffen könnten die Wende bringen. Speziell in der Raketentechnik ist allerdings zu sagen, das man seit 1937 die A-4 entwickelte, erst nach fünf Jahren erfolgte 1942 der Erstflug. Sie war militärisch sinnlos. Man konnte kein Punktziel mit ihr angreifen. Hätte man die gleichen Ressourcen nicht in den Ersatz für ein Artilleriegeschoss, sondern in eine Luftabwehrrakete gesteckt, sie wäre wohl da weniger komplex früher einsatzbereit gewesen und hätte durchaus den Kriegsverlauf beeinflussen können.

Ich persönlich bin froh das es nicht dazu kam. Denn das der Krieg verloren war, war eigentlich schon mit dem Überfall auf die Sowjetunion klar. Seit dem ersten Weltkrieg wusste man das auf Dauer nicht die bessere Armee siegt, sondern die größere Volkswirtschaft die einfach mehr Waffen und Personen rekrutieren produzieren kann. Eine einsatzbereite Wasserfall hätte den Krieg nur verlängert mit noch mehr Toten auf allen Seiten und wahrscheinlich wären die beiden Atombomben nicht auf Hiroshima und Nagasaki sondern deutsche Städte geworfen worden.

Nach dem Krieg wurden die verbliebenen Exemplare von den Alliierten beschlagnahmt ausgiebig untersucht und sie entwickelten auf dieser Basis ihre ersten Flugabwehrraketen: Die Hermes A-1 in den USA, die Eole in Frankreich und die R-101 in der UdSSR. Die Technologie wurde noch weiter eingesetzt: In den USA in der Höhenforschungsrakete Viking, aus der die erste Trägerrakete Vanguard herausging. Deutsche Spezialisten entwickelten für Ägypten auf Basis der Wasserfall die Al Kaher Raketen. Am meisten nutzte die UdSSR die Technologie. Sie stellte das Triebwerk auf eine neue Treibstoffkombination um und entwickelte so die Kurzstreckenrakete R-11/R-17 Scud. Diese wurde in großen Stückzahlen auch exportiert und Nordkorea entwickelte daraus ihre ersten militärischen Raketen und schließlich die Taepodong Trägerrakete. Später wurde die Technologie weiter in den Iran exportiert die ihre Safir-Rakete mit ihr umsetzten. Damit basieren drei verschiedene Trägerraketen auf der Technologie der Wasserfall.