Ist „Dark Star“ zuverlässig? Hyperschallfahrzeuge erklären

Der amerikanische Militär-Blockbuster „Top Gun 2“ präsentiert eine Vielzahl von Kampfjets, unter denen das Hyperschallflugzeug Dark Star von Skunk Works (der Projektorganisation für fortschrittliche Entwicklung von Lockheed Martin) viel Aufmerksamkeit erregte. Sind die technischen Features von „Dark Star“ also zuverlässig? Gibt es einen echten Prototyp?

Bevor wir den „Dark Star“ analysieren, werfen wir zunächst einen kurzen Blick auf den von Skunk Works entwickelten SR-71. Bei diesem Aufklärungsflugzeug der US Air Force liegt der Schwerpunkt auf Leistung in großen Höhen und bei hoher Geschwindigkeit. Zu den Highlights gehören eine Titanstruktur, ein Turbojet-/Staustrahltriebwerk mit variablem Zyklus, radarabsorbierendes Material und ein nach innen geneigtes Stealth-Design mit doppeltem Seitenleitwerk. Während ihrer 25-jährigen Dienstzeit soll die SR-71 „mehr als 4.000 Raketenabfangmanövern entgangen“ sein und war lange Zeit das schnellste bemannte Flugzeug.

Das Hyperschallflugzeug „Dark Star“, das in „Top Gun 2“ auftauchte

Allerdings weist die SR-71 zwei schwerwiegende Schwächen auf: zum einen die hohe Unfallrate und zum anderen die hohen Kosten. Darüber hinaus wurde die SR-71 mit der fortschreitenden Verbesserung neuer Aufklärungsmethoden, beispielsweise Satelliten, immer unrentabler und wurde schließlich 1998 ausgemustert.

Dennoch hat Skunk Works die Arbeit an Hyperschallflugzeugen nicht aufgegeben und es gibt schon seit langem Gerüchte, dass das Unternehmen an der Entwicklung des Flugzeugs SR-72 arbeitet. Wir können also zu dem Schluss kommen, dass der „dunkle Stern“ möglicherweise keine reine Fantasie ist.

Im Film soll die „Dark Star“ ein „Mach-10-Jäger“ sein und damit die Höchstgeschwindigkeit der SR-71 von Mach 3,32 bei weitem übertreffen. Wie kann dies erreicht werden? Lassen Sie uns den Start- und Sprintprozess von Dark Star noch einmal durchgehen.

Die Dark Star ist ein Flugzeug mit kleiner Streckung, einer sehr spitzen Nase und einem in der Mitte jedes Flügels platzierten Motor. Beim Abheben drückte der Pilot die Drosselklappe ganz nach unten, woraufhin die Heckdüse des „Dark Star“-Triebwerks sofort eine lange Heckflamme ausstieß und das Flugzeug eine weite Strecke über die Startbahn glitt, bevor es abhob. Zu beachten ist, dass die „Dark Star“ beim Abheben in einem kleinen Winkel vom Ende der Start- und Landebahn beinahe das Dach des Dienstraums am Ende der Start- und Landebahn weggesprengt hätte. Glücklicherweise gelang es dem Piloten, einen steilen Steigflug zu realisieren, der zeigte, dass die „Dark Star“ noch über ausreichend kinetische Energie verfügte.

Nach einer schrittweisen Erhöhung der Geschwindigkeit auf über Mach 3,5 hob sich die Lufteinlasswand der Dark Star und der Luftstrom wurde vom Turbinentriebwerk zum Scramjet-Triebwerksteil übertragen. Nachdem letzterer gestartet war, stieg die Geschwindigkeit des „Dark Star“ schnell auf Mach 7,1 und der Körper färbte sich stark rot. Dies dürfte die Folge einer Erwärmung durch Stoßwellen bei Hyperschallgeschwindigkeit sein.

Schließlich stabilisierte sich die Geschwindigkeit der Dark Star bei Mach 10 und der Test schien erfolgreich zu sein. Der Pilot betätigte jedoch noch immer die Drosselklappe des Scramjet-Triebwerks, und die Geschwindigkeit der Dark Star stieg erneut an, woraufhin das Überwachungssignal verloren ging.

Dabei ist die von „Dark Star“ verkörperte Designlogik grundsätzlich richtig. Einerseits ist seine Gleitstrecke sehr groß. Schließlich handelt es sich hierbei um ein Flugzeug mit einer geplanten Geschwindigkeit von Mach 10, und der erzeugte Auftrieb ist nicht der übliche Flügelauftrieb, sondern eine Stoßwelle. Bildlich gesprochen „reitet“ dieses Flugzeug auf der Stoßwelle und bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit vorwärts. Allerdings verfügen diese Flugzeuge bei niedriger Geschwindigkeit über einen geringen Auftrieb und benötigen daher zum Beschleunigen eine lange Start- und Landebahn.

Andererseits verwendet der Dark Star Turbinentriebwerke und Scramjet-Triebwerke, was einem Flug mit relativ niedriger bzw. hoher Geschwindigkeit entspricht. Tatsächlich entwickelt die US-Luftwaffe ein Zweitakt-Strahlantriebssystem, das größere Nutzlasten weiter transportieren und versuchen könnte, wie ein konventionelles Flugzeug zu starten und zu landen.

Insbesondere luftatmende Scramjets ermöglichen es, dass Luft mit Überschallgeschwindigkeit durch die Brennkammer strömt, was ihnen einen erheblichen Geschwindigkeitsvorteil gegenüber herkömmlichen Strahltriebwerken verschafft. Im Film durchbrach die „Dark Star“ mühelos die Mach-3-„Grenze“, indem sie sich auf das Scramjet-Triebwerk verließ. Allerdings erfordert dieser Motortyp einen Hochdruckluftstrom, um Kompressionsleistung zu erzeugen, sodass er bei niedrigen Geschwindigkeiten, wie beispielsweise beim Starten und Landen, nicht optimal funktioniert. Dies bedeutet, dass selbst die modernsten luftatmenden Scramjet-Triebwerke zunächst mit einem Flugzeug in große Höhen transportiert und dann durch Raketen beschleunigt werden müssen, um die Anfangsgeschwindigkeit zu erreichen, die ihnen einen reibungslosen Start ermöglicht.

Anfang des Jahres führten die Defense Advanced Research Projects Agency des US-Verteidigungsministeriums und Rüstungsunternehmen gemeinsam den vierten Testflug des Konzeptflugzeugs der luftatmenden Hyperschallwaffe durch. Das Programm wurde erfolgreich abgeschlossen, alle angestrebten Ziele wurden erreicht und es wird erwartet, dass es in Zukunft zur Entwicklung von Hyperschall-Marschflugkörpern und anderen Trägersystemen führen wird.

Aus dieser Perspektive verfügt „Dark Star“ – wenn man die Lücken beim Fallschirmspringen des Piloten im Film außer Acht lässt – über eine gewisse realistische technische Grundlage, doch müssen vor der Umsetzung noch einige Schwierigkeiten überwunden werden. (Autor: Wang Qian; Bildquelle: Top Gun 2; Screening-Experte: Jiang Fan, stellvertretender Direktor des Wissenschafts- und Technologieausschusses der China Aerospace Science and Technology Corporation)