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Obgleich es sich nicht um Weltraumfahrt, nicht einmal Weltraumtourismus handelt, denken die meisten wenn sie von Weltraumtourismus reden an diese Firma. Zeit das Konzept genauer zu beleuchten. Virgin Galactic ist der preiswerteste Anbieter dieser Reisen. Es gibt nun wieder die Möglichkeit mit den Russen ins All zu fliegen, doch ist das erheblich teurer. Die Flugzeuge selbst werden von der Firma Scaled Composites unter der Leitung von Paul Rutan gebaut. Führender Investor für die Erprobung des Konzeptes mit SpaceShipOne, das noch keine Passagiere transportieren konnte, war Paul Allen, zusammen mit Bill Gates gründete er Microsoft. alleine dadurch ist er mehrfacher Milliardär, obwohl er schon 1983 aus der Firma ausschied.
Entwickelt wurde an SpaceShiipOne und dem Trägerflugzeug White Knight One seit Juni 2002. Im Oktober 2004 wurde erstmals eine Höhe von mehr als 100 km erreicht. Die White Knight Two, das Trägerflugzeug ist seit Juli 2008 in der Erprobung und bis September 2012 hat der Raketenantrieb 16 Starts absolviert. Bei einem gab es eine Explosion, obwohl keine Zündung vorgesehen war, und drei Techniker wurden durch Schrapsels getötet.
Alle Starts sollen von "Spaceport America" in der Mohave Wüste in New Mexiko stattfinden. Die Investitionen von Virgin Galactic in diesen Raumfahrtbahnhof und Fertigungsanlagen sollen bis zu 200 Millionen Dollar betragen. (Andere Quellen: 80 bis 120 Millionen). Das bedeutet auch, dass sehr viele Flüge stattfinden müssten. Wenn die Firma 50% bei jedem Flug einnimmt um diese Investitionen abzuzahlen, so muss sie je nach Höhe 800, 1200 und 2000 Passagiere transportieren.
Der auffälligste Unterschied ist die Geschwindigkeit. Ein Satellit muss eine Geschwindigkeit von rund 7,8 km/s erreichen und er muss
eine Bahnhöhe von 200 km erreichen, weil er unterhalb dieser innerhalb weniger Tage verglühen würde. Die Endgeschwindigkeit die dafür
nötig ist, beträgt je nach Raketentyp zwischen 9.100 und 10.000 m/s. Bei den heutigen Typen mit geringer Beschleunigung eher im oberen
Bereich.
Demgegenüber braucht man vom Erdboden aus um 100 km Höhe zu erreichen nur 1.400 m/s. Wozu dann auch noch Verluste wie bei der Rakete hinzukommen, jedoch in geringerem Maße. 1-700 bis 2.000 m/s würden wahrscheinlich reichen, je nach Beschleunigung.
Der Unterschied in den Geschwindigkeiten um den Faktor Sechs bedeutet dass die Nutzlast (=Gefährt) das den Orbit erreicht, nun nicht fünfmal kleiner ist, sondern gemäß der Ziolkowski Gleichung um den Faktor e6 kleiner. Während bei einem suborbitalen Flug der Treibstoff nur einen kleinen Teil der Startmasse ausmacht ist es bei einer Rakete über 90% und in einer Stufe ist es heute fast unmöglich nennenswerte Nutzlasten in einen Orbit zu transportieren, dazu benötigt man mindestens zwei Stufen.
Als erste Konsequenz: Man kann in 100 km Gipfelhöhe ein viel größeres Gefährt mit einer kleinen Rakete transportieren als in den Orbit.
Als zweites ist auch die Geschwindigkeit geringer mit der auf die Atmosphäre getroffen wird. Es ist maximal die Startgeschwindigkeit, also obige 1.390 m/s. Das ist weniger als Mach 5. Selbst nicht hochtemperaturfeste Werkstoffe halten die dadurch erfolgte Erhitzung über kurze Zeit aus (anders als bei einem Flugzeug, das mit Mach 5 fliegt, wirkt die Kraft ja nur kurz ein). Für das Projekt von wiederverwendbaren Boostern mit flüssigem Treibstoff für die Ariane 5 wurde normales Aluminium vorgeschlagen, mit Verstärkungen an hochbelasteten Stellen aus hitzebeständigen Werkstoffen und diese erreichen rund die doppelte Geschwindigkeit. Das bedeutet wir brauchen keinen Hitzeschutzschild, keine aerodynamische Kapsel mit dicken Wänden, sondern es reicht ein Flugzeug oder halbwegs strömungsgünstiger Körper.
Eine Folge ist auch die Dauer der "Reise". Der Flug dauert nur kurz, dafür benötigt man kein Lebenserhaltungssystem, das die
Atemluft regeneriert, Wasser aufbereitet und Trockenahrung. Die Spitzenbeschleunigungen sind niedriger und für einige Minuten müsste
nicht mal die Kabine druckdicht sein, es würden Sauerstoffmasken, wie sie Piloten haben, ausreichen. Auf den Abbildungen sieht man
hermetisch geschlossene Helme. Dies reicht in der Tat aus. All das vereinfacht den Entwurf des Raumflugkörpers. Da das Triebwerk nur
in großer Höhe arbeitet, kann man die die Düsengeometrie auf den dort herrschenden niedrigen Druck von weniger als 0,3 Bar anpassen.
Der spezifische Impuls ist dann rund 200 m/s höher.
Das Konzept von Virgin Galactics ist relativ einfach und geradlinig: Ein Trägerflugzeug trägt das eigentliche "Weltraumfahrzeug" in eine möglichst große Höhe. Angegeben werden 15,2 bis 17 km. Das hat mehrere Vorteile. Zum einen ist die Distanz bis zum Gipfelpunkt um diese Distanz kleiner. Das sind schon mal 15% der Strecke. Das zweite ist, dass die Startgeschwindigkeit nicht Null wie beim Start von dem Erdboden aus beträgt, sondern der beim Abwurf vom Trägerflugzeug entspricht. Die typische Reisegeschwindigkeit von Düsen-Passagierflugzeugen liegt bei 900 km/h oder 250 m/s. Das ist schon fast ein Fünftel der benötigten Geschwindigkeit.
Weiterhin liegt die Zone jenseits der maximalen aerodynamischen Belastung von Raketen, die bei etwa 13 km Höhe durchlaufen wird. Die Verluste durch den Luftwiederstand sind dadurch kleiner. Als letztes ist das "Raumschiff" ein Flugzeug mit Raketenmotor. In dieser Höhe profitiert es noch vom Auftrieb. Ein A380 hat vier Triebwerke mit je 356 kN Schub. Wäre er eine Rakete, so dürfte er nur 143 t wiegen. Doch durch den Auftrieb der Flügel reichen diese Triebwerke aus, um 540 t anzuheben. Selbst bei kleinen Flügeln gibt es solange Spaceship Two noch in der Atmosphäre ist, Auftrieb, daher steigt das Flugzeug auch in einer flachen Bahn an. Brennschluss war beim Vorgängermodel SpaceShipOne beim Rekordflug in 54 km Höhe bei einer Geschwindigkeit von 987 m/s. Das sind 400 m/s weniger als wenn man vom Erdboden starten würde. In der Praxis muss man mehr erreichen, denn es wird trotz Flügeln auch Energie benötigt um die Höhe von 54 km zu erreichen.
SpaceShipTwo wird mit einem noch leistungsfähigeren Antrieb eine Geschwindigkeit von 4000 km/s, das sind 1111 m/s erreichen, was noch höhere Bahnen (genannt werden 130-140 k) erlaubt. Nach dem Börsenschluss folgt eine Phase der Schwerelosigkeit, das Flugzeug erreicht die Gipfelhöhe und fällt dann wieder. Um die Belastung zu minimieren aber auch die schwerelose Phase kann SpaceshipTwo die Flügel umklappen. Die Schwerelosigkeit hört auf, wenn das Flugzeug eines gezielte Trudelphase durchläuft treten die höchsten Belastungen während des Flugs (bis zu 6 g) auf. Danach landet das Flugzeug normalauf einer Landepiste - als Gleitflugzeug. Da seine Flügelfläche verglichen zur Masse erheblich größer als bei einem Space Shuttle ist dürften auch Kursabweichungen kein Problem sein, da die Gleitphase sicher sehr lange sein kann, wenn sie es auch nicht muss. Trotzdem verfügt das "Raumschiff" über einen Computer der die Lage aktiv kontrollieren kann.
Es gibt nur wenig Daten über die Flugzeuge. Sowohl Raumschiff wie auch Träger werden von Scaled Composites gefertigt. Das ganze
Konzept wurde mit der White Knight One und SpaceShipOne erprobt. Damit erreichte erstmals eine Person mit einem nicht von einer
staatlichen Stelle finanziertem Flugzeug die Grenze des Weltraums. Dafür gab es einen Preis: Den mit 10 Millionen Dollar konstruierten
Ansari-X-Price. Gerne wird in diesem Zusammenhang von "privater" Raumfahrt gesprochen und dieses Wort wird auch im Deutschen aus dem
englischen 1:1 übernommen. Doch da wir es anders verwenden, sollte man sich davor hüten. "Privat" bedeutet in diesem Zusammenhang so
etwas wie "nicht staatlich". Wir verstehen darunter aber etwas als die Eigenschaft einer Person oder vielleicht noch einer kleinen
Gesellschaft wie einer GbR. De Fakto ist aber nach der US-Auslegung jede Firma "private", auch Großkonzerne wie Lockheed-Martin, wenn
sie etwas selbst und nicht im Auftrag entwickeln. So war auch die Entwicklung der Delta III privat, denn diese wurde von Boeing selbst
finanziert.
SpaceShipOne war zu klein um Passagiere zu transportieren, konnte aber das Konzept erproben. Sowohl die White Knight wie auch das SpaceShip bestehen aus Composite-Werkstoffen (Verbundfaserwerkstoffen). Das spart Gewicht. Die Konstruktion des White Knight ist ungewöhnlich weil das große SpaceShip (One/Two) unter dem Rumpf angebracht werden muss, ist dieser zweigeteilt und das Flugzeug sieht mehr wie ein Katamaran aus. White Knight Two hat eine Spannweite von 42,70 m. Beim Vorgänger waren es noch 25 m.
Das SpaceShip selbst setzt einen Hybirdantrieb ein. Der Verbrennungsträger ist je nach Quelle Stickstoffmonoxid oder Lachgas
(Distickstoffmonoxid), der Brennstoff unbekannt, wahrscheinlich HTPB, derselbe Binder wie bei festen Treibstoffen.
Hybride Triebwerke bestehen aus einem festen Treibstoff und einem Flüssigen. In der Regel, wie
auch bei SpaceShipTwo mit dem "RocketmotorTwo" ist der Verbrennungsträger flüssig und der Treibstoff fest. Raumfahrtagenturen haben
ihre Forschung an dieser Technologie weitgehend eingestellt, bei Modellbauern und kleinen Raketen wird jedoch viel mit dieser
Antriebstechnik gearbeitet. Sie ist im Aufbau fast genauso einfach wie ein Feststofftriebwerk. Der Treibstoff steckt in einem
Zylinderring in der Brennkammer. Der Oxidator wird von einem separaten Tank versprüht und reagiert mit dem Verbrennungsträger. Es sind
keine Pumpen nötig, keine Turbinen und es gibt auch keine regenerative Kühlung. Es gibt also keine mechanisch bewegten Systeme und der
Aufbau ist sehr einfach. Anders als Feststofftriebwerke ist er aber abschaltbar, indem man die Treibstoffzufuhr unterbricht. Der
Nachteil ist, dass der Druck im Tank höher als in der Brennkammer sein muss, damit ist der Brennkammerdruck oft niedrig. Trotzdem ist
der Tank sehr massiv. Die Brennkammer und Düse müssen nach jedem Betrieb mit einer neuen Ablativen Schicht belegt werden, weil die
Temperaturen trotzdem sehr hoch sind. Alternativ kann man wegen des einfachen Aufbaus jedes Mal eine neue Brennkammer einsetzen.
Der Schub von RocketMotorTwo soll 270 kN betragen. Die maximale Brennzeit bei den bisherigen Tests betrug 55 s. Bei einem spezifischen Impuls von 2.500 entspricht dies ungefähr 6000 kg Treibstoff. Die Spitzenbelastung beim angetriebenen Flug beträgt 3,5 g. Die Belastungen sind kleiner als bei einer Sojus, aber höher als bei einem Shuttlestart. Der Kohlenstoff-Fußabdruck soll 800 kg pro Person betragen, dabei 70% vom Trägerflugzeug. Das wären rund 1.68 t HTPB wenn man die Piloten nicht mitrechnet und 2,24 t wenn man sie berücksichtigt. Bei einem Mischungsverhältnis von 5:1 (stöchiometrisch rund 6:1) würde dann die Treibstoffzuladung rund 10 bzw. 13,4 t betragen.
Die Passagierkabine hat einen Durchmesser von 1,8 bis 2,1 m und eine Länge von 3,7 m. Sie entspricht dem einer Falcon 900
Passagiermaschine. Bullaugen von 33 und 43 cm Größe laden zum Herausschauen ein. Die Gesamtlänge beträgt 60 Fuß gleich 18,29 m.
Sechs Passagiere (in drei Reihen) und zwei Piloten können bei einem Flug befördert werden, wobei ein Ticket 200.000 Dollar kostet.
Eine Anzahlung von 20.000 Dollar muss geleistet werden. Zum Trainingsprogramm gehörte eine Simulation der Belastung in einer
Zentrifuge und drei Tage in Parabelflügen. Das ist ein Flug bei dem eine Passagiermaschine eine Parabel nachfliegt. Je nach höhe ist
man dann zwischen 15 und 30ms lang schwerelos. Pro Flugminute ist es ei teurer Spaß. Bei 25 Millionen Dollar wie sie
zuletzt für ein Sojus Ticket für einen Sieben-Tagesaufenthalt verlangt wurden, ist ein Erdorbittripp dreizehnmal billiger. Auf der
anderen Seite gibt es sehr viel mehr Personen die 200.000 Dollar locker machen können als welche die 25 Millionen hinblättern können.
Die Zahl der Kunden könnte wirklich mehrere Tausend betragen und damit sich auch das Geschäftsmodell lohnen. Alleine in den USA soll
es 5,2 Millionen Millionäre geben. Wenn nur jeder Tausendste dieser Reichen einen Trip bucht, dann ist die Zukunft der Firma
gesichert.
Bisher gab es nur wenige suborbitale Flüge. Die beiden US-Astronauten Alan Shapard und Gus Grissom erreichten auf suborbitalen Bahnen über 100 km Höhe, bevor sie nach 15-20 Minuten wieder landeten. Zwei Flüge mit der X-15: Flug 90 und 91 beide geflogen von John A. Walker erreichten auch über 100 km Höhe. Auch die X-15 war ein Raketenflugzeug. Nur wurde es von einem B-52 Bomber abgeworfen und hatte einen mit flüssigen Treibstoffen angetriebenen Raketenmotor. Alle diese Flüge fanden aber Anfang bis Mitte der sechziger Jahre statt.
Links
Von mir gibt es mehrere Bücher zum Thema Trägerraketen. Zum einen zwei Werke über alle Trägerraketen der Welt und zum Zweiten Bücher über die europäische Trägerraketenentwicklung.
Mein bisher umfassendstes Werk ist ein zweibändiges Lexikon über Trägerraketen mit 700 bzw. 600 Seiten Umfang. In ein Buch passten schlichtweg nicht alle Träger in ihren Subversionen so gibt es einen Band nur für US-Träger, einen zweiten für "internationale" Trägerraketen, sprich alle anderen Nationen. Beide Bände haben denselben Aufbau:
Nach einem einleitenden Kapitel über die Arbeitsweise von Raketen kommt ein einführendes Kapitel über die Raumfahrtbestrebungen des Landes und der Weltraumbahnhöfe, bei den USA ist dies natürlich nun eines. Danach kommen die Träger geordnet nach Familien mit gleicher Technologie in der historischen Entwicklung. Zuerst wird die Technologie und Entwicklungsgeschichte beim ersten Exemplar einer Familie beschrieben, dann folgt bei den einzelnen Mitgliedern nur noch die Veränderungen dieses Modells und dessen Einsatz.
Ich habe soweit möglich technische Daten zum schnelleren Nachschlagen in Tabellen ausgelagert, Querschnittsdiagramme, Grafiken über den Einsatz und bei den US-Trägerraketen auch komplette Startlisten komplettieren dann jedes Kapitel. Dazu gibt es von jedem Träger ein Startfoto.
In jedem Buch stecken so über 100 Subtypen, was den Umfang bei dieser ausführlichen Besprechung auf 600 Seiten (internationale Trägerraketen) bzw. 700 Seiten (US-Trägerraketen getrieben hat). Ich denke sie sind mit 34,99 und 39,99 Euro für den gebotenen Inhalt trotzdem sehr günstig.
Speziell mit der Geschichte der Trägerraketenentwicklung in Europa beschäftigt sich das zweibändige Werk Europäische Trägerraketen 1+2. Band 1 (Europäische Trägerraketen 1: Von der Diamant zur Ariane 4) behandelt die nationalen Trägerprogramme (Black Arrow und Diamant sowie die deutsche OTRAG), das OTRAG-Projekt, die glücklose Europa-Rakete und die Ariane 1-4. Band 2: die aktuellen Projekte Ariane 5 und Vega. Sowie die Weiterentwicklungen Ariane 6 und Vega C. Beide Bücher sind voll mit technischen Daten, Details zur Entwicklungsgeschichte und zu den Trägern. Diese Bücher sind gedacht für Personen, die wirklich alles über die Träger wissen wollen. Der nur an allgemeinen Infos interessierte, wird mit dem Buch internationale Trägerraketen besser fahren das sich auf die wichtigen Daten beschränkt.
Es gibt von den europäischen Trägerraketen, da die Programme weitestgehend unabhängig voneinander sind, auch die Möglichkeit, sich nur über einen Träger zu informieren so gibt es die gleiche Information auch in vier Einzelbänden:
Nationale Träger (Diamant, Black Arrow OTRAG)
Vega (Neuauflage 2016 mit den schon erfolgten Flügen und den Plänen für Vega C und E), Das ist im obigen Gesamtband nicht enhalten.
Auf einen eigenen Band für Ariane 5 und 6 habe ich verzichtet, weil dieser nur wenig billiger als Band 2 der europäischen Trägerraketen wäre, da Ariane 5+6 rund 2/3 des Buches ausmachen. Aber vielleicht erscheint ein eigener Band über die Ariane 6 wenn diese mal einsatzbereit ist und es mehr Informationen über sie gibt,
Meine Bücher sind alle in Schwarz-Weiß. Das hat vor allem Kostengründe. Bei BOD kostet jede Farbseite 10 ct Aufpreis. Es gibt jedoch ein Buch, das für Einsteiger gedacht ist und jeden Trägertyp nur auf zwei Seiten, davon eine Seite mit einem meist farbigen Foto abhandelt: es ist das Buch "Fotosafari durch den Raketenwald". Es ist weniger für den typischen Leser meiner Webseite gerichtet, die ja auch in die Tiefe geht, als vielmehr für Einsteiger und als Geschenk um andere mit der Raumfahrt zu infizieren. Etwa 70 TZrägerraketen die sich äußerlich voneinander unterscheiden werden in diesem Buch kurz vorgestellt - auf je einer Doppelseite.
Sie erhalten alle meine Bücher über den Buchhandel (allerdings nur auf Bestellung), aber auch auf Buchshops wie Amazon, Libri, Buecher.de und ITunes. Sie können die Bücher aber auch direkt bei BOD bestellen.
Mehr über diese Bücher und weitere des Autors zum Themenkreis Raumfahrt, finden sie auf der Website Raumfahrtbucher.de.
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