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Der Start aus der Luft

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.

Vergleicht man die Pegasus mit der Minotaur oder Taurus, sn 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?

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 Bomber 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 in den Siebziger Jahren einmal den Start einer Minuteman auf diese Weise. Doch der Fallschirm bremst die Rakete ab und damit entfällt der Hauptvorteil: 2/3 des Vorteils an Geschwindigkeit, entfallen auf die Startgeschwindigkeit.

Nun könnte man auf die Idee kommen, ein sehr leistungsfähiges Flugzeug umzurüsten, eine Antonow-124, Boeing-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 und die Last würde mitten im Rumpf angebracht werden, wo die Kräfte viel besser aufgenommen werden können. 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).

Eine 200 t schwere Rakete wäre schon was, sie würde so etwa 5-6 t in einen Orbit transportieren können. Doch nun kommen die "Abers":

  1. 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?
  2. Wenn ja was kostet das? Das Flugzeug ist zudem danach nicht mehr für andere Zwecke einsetzbar, das bedeutet die Investitionen in ein Flugzeug (Die Pegasus startet von ausgemusterten und sonst verschrotteten B-52 und L-1011 Tristar Flugzeugen)
  3. 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.
  4. Daneben stellt sich auch das Problem der Sicherheit und kryogenen Treibstoffe scheiden wegen des Verdampfen und der Brandgefahr aus.
  5. Die Rakete wird auch schwerer, weil Flügel zur Stabilisierung bis zur Zündung nötig sind. Sie verteuern auch die Rakete.

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.

Die größeren Raketen wie die Taurus, Minotaur IV etc. sind nun aber schon so leistungsfähig, dass sie zum Start größerer Erdbeobachtungssatelliten oder anderer Forschungssatelliten genutzt werden können. Diese gelangen in der Regel in einen polaren Orbit. So reicht eine Startbasis in Vandenberg für diese Träger. Auch die Pegasus hat deutlich weniger Starts absolviert, als mit de Minotaur I ein Modell zur Verfügung stand welches Satelliten in polare Orbits billiger transportieren kann (da die ersten beiden Stufen von einer ausgemusterten ICBM stammen).

Im Prinzip nutzt die Pegasus nur dasselbe Prinzip wie die Sea Launch Startplattform: Einsparung einer festen Startbasis mit dem Vorteil eines Starts bei jeder geographischen Breite. Dafür ist sicherlich der Start selbst teurer als von einer festen Plattform aus. Bei der Land Launch variante der Zenit ist er z.B. billiger als bei der von der See gestarteten. Das Flugzeug verursacht Unterhaltskosten und dies ist daher sicher auch auf einen Start von der Luft aus übertragbar. Die rund 300 m/s Geschwindigkeitsgewinn sind ein Bonus - nicht mehr. Sie erhöhen die Nutzlast um rund 12%, das ist sicher nicht schlecht, aber kein atemberaubender Wert, weshalb dieses Verfahren generell besser wäre.


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.

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