Aber bis dahin ist es noch ein weiter Weg, denn technische Vorbilder für das Projekt existieren nicht. "Wir müssen die Dimensionen selbst festlegen und uns mit Computermodellen an den SpaceLiner herantasten", sagt Martin Sippel. "Der SpaceLiner ist eine Herausforderung, was Technik und Betrieb angeht." Deshalb wurde auch kein Flugzeug entworfen, sondern interdisziplinär wichtige Aspekte für die Flugzeuge zwischen Luft- und Raumfahrt untersucht. Für das DLR beteiligten sich gleich mehrere Institute an der Studie: Neben dem Institut für Raumfahrtsysteme steuerten auch das Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin, das Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung und das Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik numerische und experimentelle Ergebnisse bei.
Poröse Bauteile als Kühlsystem
Eine der technischen Herausforderungen ist die Kühlung des Raumfahrzeugs während des Flugs. Der SpaceLiner fliegt nach der Antriebsphase im Gleitflug und ist somit der Reibung in der Erdatmosphäre ausgesetzt. Es entstehen Temperaturen von über 1800 Grad Celsius.
Die Lösung: An der Nase sowie an den Flügelvorderkanten des Flugkörpers wird aktiv gekühlt. Durch poröse keramische Bauteile soll Wasser austreten, das beim Verdampfen für Abkühlung sorgt. Für diese Transpirationskühlung entwickelt und baut das Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung entsprechende Keramiken und simuliert deren Durchströmung am Computer. Durch Tests am Plasma-Windkanal beim DLR in Köln haben die Ingenieure die Gewissheit gewonnen, dass mit porösen keramischen Materialien eine aktive Kühlung möglich ist.
Auch die Strömung um den Flugkörper selbst untersuchen die Wissenschaftler und modellieren diese mit Computerprogrammen. "Der SpaceLiner erreicht eine Flughöhe mit sehr niedrigem atmosphärischem Druck, so dass sich die Strömungsphänomene ändern", erläutert Sippel. In einem speziellen Windkanal am DLR-Standort Göttingen wurden Modelle getestet und mit numerischen Simulationen der italienischen Partnerorganisation CIRA verglichen, die gute Übereinstimmung zeigten und somit den zukünftigen Entwurf des Raumfahrzeugs unterstützen.
"Wir haben außerdem auch durchgerechnet, in welchen Fällen ein Abbruch des Flugs notwendig wird und wie man beispielsweise bei Triebwerksausfällen reagieren muss", sagt DLR-Koordinator Sippel. Klar ist jetzt schon, dass der Start des SpaceLiners nur entfernt von bewohnten Gebieten ablaufen kann – und der Hochgeschwindigkeitsflug in großer Höhe stattfinden muss, um bewohnte Regionen vor dem Überschallknall zu schützen.
Neben den Aspekten rund um die Technik stellt sich auch die Frage: Ist so ein Flug mit Hyperschallgeschwindigkeit überhaupt verträglich für die Passagiere? Vom Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin gab es dafür grünes Licht. Andere Fragen bleiben noch offen. Welche Genehmigungsanforderungen kommen auf die Konstrukteure der schnellen Flugzeuge zu? In welchem Maße wird die Umwelt belastet – auch wenn der SpaceLiner bei seinem Flug lediglich Wasser ausstößt? Wie kann das Raketentriebwerk zuverlässig und sicher arbeiten? Wie muss das Tankbedrückungssystem aussehen? Wie muss das Thermalschutzsystem für den gesamten Flieger konstruiert sein? Und welche Anforderungen muss die Passagierkabine erfüllen, die zugleich Rettungskapsel für den Notfall ist?
Das Projekt SpaceLiner ist eine langfristige Vision, sagt Martin Sippel – mit einem Startjahr, das sicher nicht vor 2050 liegt.
