Blog

Aug 03, 2023

Australiens Autobahn in die Gefahrenzone

31. August 2023 Jamie Seidel ist ein freiberuflicher Journalist mit Sitz in Adelaide. Schneller. Weiter. Höher. Vieles läuft auf dem Rücken eines revolutionären australischen Scramjet-Triebwerks. Einschließlich der Zukunft der

31. August 2023

Jamie Seidel ist ein freiberuflicher Journalist mit Sitz in Adelaide.

Schneller. Weiter. Höher. Vieles läuft auf dem Rücken eines revolutionären australischen Scramjet-Triebwerks. Einschließlich der Zukunft der Hyperschallkriegsfähigkeit des US-Militärs.

Das Verteidigungsministerium der Vereinigten Staaten sah im vergangenen Jahr voller Verzweiflung zu, wie China ein Hyperschallflugzeug startete, das nach Süden über Australien flog, zweimal nach links abbog und schließlich von Süden über die USA flog.

Die USA haben nichts Vergleichbares und müssen schnell aufholen.

Die US Defence Innovation Unit will eine Testdrohne mit extremer Geschwindigkeit durch die obere Atmosphäre fliegen lassen. Letztlich wird erwartet, dass es Hyperschallflugzeuge und Drohnen zur Aufklärung und zum Waffentransport einsetzen wird; Satellitenstart und vielleicht weit in der Zukunft bemannter Flug.

Überraschenderweise ging der erste Auftrag, den die Innovation Unit vergab, an ein australisches Unternehmen mit einem einzigartigen wasserstoffbetriebenen, druckbaren Motor – Hypersonix.

„Hier könnte man an Top Gun 2 denken“, sagt David Waterhouse, Geschäftsführer von Hypersonix Launch System. „Aber wir lassen Tom Cruise nicht in die Nähe unseres Flugzeugs.“

Das Pentagon beauftragte Hypersonix im März mit dem Bau von drei Demonstrationsdrohnen, die jetzt Dart AE heißen, um die Unterschiede zwischen der Hyperschalltheorie und der Leistung in der realen Welt zu messen.

Unter Hyperschall versteht man jede Geschwindigkeit größer als Mach 5 (6200 km/h). Das berühmte Spionageflugzeug SR-71 Blackbird aus dem Kalten Krieg flog mit einer Geschwindigkeit von bis zu Mach 3,3 (4100 km/h).

Bei den Dart AE-Prüfständen, die nächstes Jahr ausgeliefert werden sollen, handelt es sich ausschließlich um Einwegfahrzeuge.

Das Ziel des in Brisbane ansässigen Deep-Tech-Unternehmens besteht jedoch darin, ein wiederverwendbares kommerzielles Liefersystem mit niedriger Umlaufbahn zu entwickeln, und es hat kürzlich eine neue Version seines Triebwerks aus Europa erhalten.

Es ist genau wie das alte, mit einem entscheidenden Unterschied: Es besteht aus Hochtemperatur-Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen (HTCMCs).

„Das Scramjet-Triebwerk selbst wurde für einen Betrieb zwischen Mach 5 und Mach 12 (14.800 km/h) ausgelegt. Es ist also wirklich die Fähigkeit, die Thermik des Motors zu steuern, die darüber entscheidet, welche Geschwindigkeit wir erreichen“, sagt Waterhouse.

Das Scramjet-Triebwerk mit dem Namen Spartan (Scramjet Powered Accelerator for Reusable Technology Advancement) wird aus einem Verbundwerkstoff namens Inconel 718 gedruckt und ist auf Mach 7 (8600 km/h) begrenzt.

Sie kombinieren Materialien auf eine Weise, die noch vor fünf oder zehn Jahren nicht möglich war.“

„Inconel 718 gibt es schon seit den Tagen der Saturn V (Mondrakete)“, sagt Waterhouse.

„Aber jetzt kann ich es in 3D drucken und Dinge tun, die man sich nie hätte vorstellen können. Und da ist noch die ganze Sache mit der additiven Technik. Sie kombinieren Materialien auf eine Weise, die noch vor fünf oder zehn Jahren nicht möglich war.“

Dieses hochfeste, korrosionsbeständige Nickel-Chrom-Material wird seit langem in der Raumfahrtindustrie eingesetzt, da es Temperaturen von bis zu 700 °C standhält. Für bestimmte Hotspots werden Beschichtungen hinzugefügt.

„Aber der Keramikmatrix-Verbundwerkstoff eignet sich für einen nachhaltigen Betrieb bei Temperaturen über 1800 °C“, erklärt Waterhouse. „Das wäre also der Motor, den wir für das Design unserer Aufklärungsdrohnen verwenden würden.“

Es verbrennt Wasserstoff.

„Wasserstoff ist großartig“, sagt Washington. „Es verbrennt sauber – es hinterlässt keine Verkokung oder ähnliches. Und das ermöglicht die Wiederverwendbarkeit. Aber das Tolle an der Wasserstoffwirtschaft ist, dass man jetzt Kraftstofftanks von der Stange kaufen kann. Vor ein paar Jahren hätte es viel Geld gekostet, sie selbst zu bauen. Und ich musste eine Menge davon in die Luft jagen, bevor ich die Erlaubnis erhielt, sie zu benutzen.“

Das Herzstück der SPARTAN-Scramjet-Technologie von Hypersonix ist die Art und Weise, wie ihre Form verschiedene Stoßwellen enthält und ausnutzt, die durch Hochgeschwindigkeitsflüge erzeugt werden. In Kombination mit Wasserstoff erzeugt die explosive Wechselwirkung Schub.

Um den Motor aus- und wieder anzuschalten, genügen die Ventile einer Kraftstoffeinspritzanlage.

„Im Grunde wird dadurch Kraftstoff an der richtigen Stelle mit der richtigen Geschwindigkeit eingespritzt“, erklärt Waterhouse. „Viele andere Scramjets sind für eine feste Geschwindigkeit ausgelegt. Aber wir haben einen beschleunigenden Scramjet. Und das gleiche Design funktioniert über den gesamten Bereich von Mach 5 bis theoretisch Mach 12, ohne bewegliche Teile.“

Und Wasserstoff bringt noch eine Reihe weiterer Vorteile mit sich.

„Wasserstoff hat die meiste Energie pro Kilo und ich mache mir Sorgen um das Gewicht“, sagt Waterhouse. „Und ein Kilo Wasserstoff kann mir eine Reichweite von 1000 km verschaffen. Ich brauche also nicht viel.“

Andere Hyperschallmotoren verwenden Kerosin, das komplexer ist.

„Man verkokt und man kann es während des Fluges nicht ein- und ausschalten“, erklärt er. „Und wenn man es nicht schafft, sich wieder anzuzünden, fällt man vom Himmel. Das war bei einigen US-Tests ein großes Problem. Bei Wasserstoff hingegen können wir ihn einfach ein- und ausschalten.“

Der patentierte SPARTAN Scramjet verfügt über weitere einzigartige Eigenschaften, die ihn vor einer Gruppe von mehr als 60 Konkurrenten für den Hyperschallauftrag des US-Pentagon platzieren.

„Aufgrund seiner festen Geometrie ohne bewegliche Teile ist es sehr zuverlässig“, sagt Waterhouse. „Der Bau ist sehr kostengünstig. Und im wahrsten Sinne des Wortes können Sie es zurückfliegen, mit einer Zahnbürste unerwünschten Schmutz abkratzen und es dann erneut fliegen lassen.“

Scramjets sind kein neues Konzept, aber sie haben sich als besonders schwierig erwiesen.

Mit ihren Vorgängern, den Staustrahltriebwerken, wurde bereits vor dem Zweiten Weltkrieg experimentiert. In den 1950er-Jahren entwickelten sich daraus Scramjets. Und die University of Queensland begann 1981 mit der Forschung an Hyperschallmotoren.

Doch die Idee wurde erst vor Kurzem realisierbar.

„Wir haben die Konvergenz von drei verschiedenen Technologiegruppen erlebt“, sagt Waterhouse.

Moderne Materialien, Wasserstoff und drittens: Supercomputer.

„Es ist billig und fröhlich. Wofür ich vor ein oder zwei Jahrzehnten noch eine Woche gebraucht hätte, schaffe ich jetzt in 15 Minuten. Und es ist selbst für kleine Unternehmen erschwinglich.“

Waterhouse ist von seinem Produkt überzeugt, obwohl es sich noch in der Testphase befindet.

Wofür ich vor ein oder zwei Jahrzehnten noch eine Woche gebraucht hätte, schaffe ich jetzt in 15 Minuten.

Das 1,8 m lange Scramjet-Triebwerk wird in Australien von Amiga Engineering in seiner Inconel 718-Form gedruckt. Er besteht aus drei Teilen, da der Drucker nur Segmente bis zu 60 cm verarbeiten kann.

Die Keramik-Verbundversion wurde von einem europäischen Hersteller geliefert, da Australien noch nicht über die Möglichkeit verfügt, Verbundwerkstoffe mit Kohlenstoffmatrix zu drucken.

„Was wir hier haben, ist ein Pilotprüfstand für die Fertigung“, sagt Waterhouse. „Wir versuchen sicherzustellen, dass wir seine Leistung messen, es mit den benötigten Toleranzen aus den uns zur Verfügung stehenden Materialien bauen und thermische Tests daran durchführen können. Und wir müssen auch Wasserstoff durchdrücken, um sicherzustellen, dass er nicht durch die Verbundmatrix austritt.“

Die Tests werden voraussichtlich im Jahr 2024 im Wallops Island Research Range in Virginia in den USA durchgeführt.

Ursprünglich von Cosmos als Australiens Autobahn in die Gefahrenzone veröffentlicht