Von Peking nach New York, nur 1 Stunde?

Experte dieses Artikels: Lin Wenjie, Ingenieur, leitender Forscher des Chuando Think Tank

Welches Verkehrsmittel würden Sie bei Reisen über weite Strecken wählen?

Ich glaube, viele Freunde, insbesondere Geschäftsleute, würden antworten: Flugzeug.

Obwohl Flugzeuge schnell und bequem sind, dauern internationale Reisen dennoch lange. Beispielsweise dauert die Reise von Peking nach New York 12 Stunden.

Aber haben Sie sich das jemals vorgestellt? Eines Tages könnte diese Zeit auf eine Stunde verkürzt werden.

Kürzlich haben ausländische Medien übertriebene Berichte verbreitet, wonach ein chinesisches kommerzielles Luft- und Raumfahrtunternehmen ein Werbevideo zum Thema „Suborbitales Reisen“ veröffentlicht habe. Darin werde behauptet, man entwickle ein Flugzeug, das eine Geschwindigkeit von 7.000 Meilen pro Stunde erreichen und in einer Stunde von Peking nach New York fliegen könne. Bei diesem Flugzeug handelt es sich um ein Hyperschallflugzeug vom Typ „Flügelrakete“.

Der Bericht hat im In- und Ausland große Aufmerksamkeit erregt. Viele Leute fragten sich, ob die Reise von Peking nach New York wirklich nur eine Stunde dauert. Wäre es in Zukunft nicht möglich, an einem Tag um die Welt zu reisen? Wie leistungsstark sind Hyperschallflugzeuge? Lassen Sie uns zunächst Folgendes klären …

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Von Peking nach New York in nur einer Stunde?

Suborbitale Reisen sind derzeit ein heißes Thema in der Luft- und Raumfahrt und stellen auch einen Trend in der zukünftigen Luftfahrtentwicklung dar. Charakteristisch für den suborbitalen Flug ist seine hohe Geschwindigkeit. Wird diese Flugart zwischen Städten genutzt, kann die Zeit erheblich verkürzt werden.

Für suborbitale Reisen ist ein Hyperschallflugzeug erforderlich, also ein Flugzeug, das für Punkt-zu-Punkt-Hochgeschwindigkeitsreisen eingesetzt wird. Es kann eine Fluggeschwindigkeit von 5 bis 15 Mach erreichen, wodurch die Flugzeit erheblich verkürzt wird.

Die Entfernung von Peking nach New York beträgt mehr als 10.000 Kilometer und die aktuelle Flugzeit beträgt etwa 12 Stunden. Bei einer Geschwindigkeitssteigerung auf über Mach 5 kann die Flugzeit auf 1 bis 2 Stunden verkürzt werden.

Allerdings gibt es derzeit weltweit kein Flugzeug mit technischer Verifizierung für suborbitale Hyperschallflüge, und die mächtigen Länder der Welt befinden sich diesbezüglich noch in der Entwurfsphase. Nach dem aktuellen Stand der zivilen Luftfahrtindustrie und der Geschwindigkeit ihrer Entwicklung wird es mindestens 15 Jahre dauern, bis die entsprechenden Technologien ausgereift sind, um den suborbitalen Raum für Flüge der zivilen Luftfahrt zu nutzen.

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Wie erreicht man einen suborbitalen Hyperschallflug?

Um suborbitale Hyperschallflüge durchführen zu können, ist es notwendig, einen neuen Flugzeugtyp zu bauen, der im suborbitalen Raum mit dünner Luft fliegen kann.

Die suborbitale Höhe reicht von 30 bis 100 Kilometern, was in der gegenwärtigen Luftfahrt eine unerschlossene Höhe darstellt. Die Reiseflughöhe herkömmlicher ziviler Flüge beträgt 10 Kilometer und nur einige spezielle Flugzeuge für militärische Zwecke können in dieser Höhe fliegen.

Die suborbitale Höhe hat die Eigenschaft dünner Luft, was den Flugwiderstand des Flugzeugs erheblich verringern kann, sodass auch die Geschwindigkeit des Flugzeugs zunimmt und über Mach 5 erreicht. Es treten jedoch auch Probleme auf. Die dünne Luft ist für die vorhandenen Flugzeugtriebwerke zu schwach, daher können wir nur Antriebssysteme speziell für Flüge in suborbitalen Höhen entwickeln.

Eine Antriebsart ist der sogenannte luftatmende Scramjet, bei dem die Luftgeschwindigkeit des einströmenden Gases die Schallgeschwindigkeit überschreitet und so eine höhere Fluggeschwindigkeit erreicht werden kann. Entsprechenden Forschungsergebnissen zufolge können Scramjet-Triebwerke einen Nettoschub bei Machzahlen von 6 bis 8 erzeugen, was effizienter ist als bei herkömmlichen Staustrahltriebwerken mit Unterschallverbrennung.

Die Forschung und Entwicklung von Scramjet-Triebwerken wird mit verschiedenen extremen technischen Herausforderungen konfrontiert sein, wie etwa Windkanalanlagen, Materialien, technische Engpässe usw. Wenn ein Raketentriebwerk für Flüge im suborbitalen Raum verwendet wird, kann theoretisch eine hohe Mach-Zahl erreicht werden, es muss jedoch mehr Treibstoff mitgeführt werden. Ein luftatmender Motor kann die Verbrennung mit dünner Luft unterstützen und muss kein Oxidationsmittel mitführen.

Daher ist das luftatmende Scramjet-Triebwerk eine der wichtigsten Antriebsquellen für suborbitale Langstreckenflüge und erfordert mehr Personal und Materialressourcen für Forschung und Entwicklung.

Die allgemeine Richtung des aktuellen Designs ziviler Verkehrsflugzeuge ist vorgegeben: eine Flughöhe von 10.000 Metern und Reisegeschwindigkeiten im hohen Unterschallbereich. Dies führt dazu, dass die Zeit zwischen Interkontinentalflügen nicht kürzer werden kann.

Großbritannien und Frankreich entwickelten und nahmen einst die Concorde in Dienst, die eine Fluggeschwindigkeit von Mach 2,2 hatte und für Transatlantikflüge eingesetzt wurde. Über dieselbe Distanz beträgt die Flugzeit nur die Hälfte der eines Passagierflugzeugs mit hohem Unterschall-Reiseflug, allerdings gibt es auch hier erhebliche Probleme, wie beispielsweise hohe Betriebskosten. Alle 12.000 Flugstunden sind 10 Monate Überholung erforderlich und jede Überholung kostet 10 Millionen US-Dollar. Zudem ist die Rentabilität geringer als bei einem Unterschall-Passagierflugzeug.

Bei der Entwicklung eines suborbitalen Hyperschall-Passagierflugzeugs muss auch die Frage der Betriebskosten berücksichtigt werden.

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Wann wird es in das Leben der einfachen Menschen Einzug halten?

In absehbarer Zukunft werden suborbitale Hyperschallflugzeuge vor allem in den Bereichen der Überprüfung von Luftfahrttechnologie, des Militärs und der wissenschaftlichen Forschung eingesetzt werden. Es wird lange dauern, bis sie tatsächlich Einzug in den Alltag der Menschen halten. Bis bemannte Flüge im großen Maßstab möglich sind, dürfte es noch bis Mitte dieses Jahrhunderts dauern.

Aus technischer Sicht ist das Antriebssystem für Flüge mit suborbitalen Geschwindigkeiten von 5 bis 15 Mach noch lange nicht ausgereift, und das aerodynamische Design befindet sich noch im theoretischen Stadium. Bis zur Beförderung von Menschen ist es noch ein weiter Weg. Auch wenn ein technischer Prototyp hergestellt wird, muss die Frage der Rentabilität berücksichtigt werden. Es ist offensichtlich unmöglich, dass es so schnell in das Leben der normalen Menschen Einzug hält.

In der zivilen Luftfahrt wird die nächste Stufe der Veränderung nicht in suborbitalen Hyperschallfahrzeugen liegen, sondern in leiseren Überschall-Passagierflugzeugen.

Die NASA und andere Organisationen arbeiten daran, das durch Überschallflüge verursachte Überschallknallproblem zu lösen und haben zu Testzwecken das Flugzeug X-59 mit leiser Überschalltechnologie entwickelt. Wenn das Problem des Überschallknalls gelöst werden kann, können Überschall-Passagierflugzeuge über Land fliegen und auf mehr Flughäfen auf der ganzen Welt starten und landen. Die Aussicht ist weitaus attraktiver als suborbitale Hyperschallflugzeuge.

Suborbitale Reisen sind eine fantasievolle Vision. Ob dies in den nächsten Jahrzehnten realisiert werden kann, hängt davon ab, ob andere Verkehrsmittel ausgereift sind.

In absehbarer Zukunft sind Überschall-Passagierflugzeuge realistischer. Ob im Hinblick auf die technologische Reife oder die Kostenkontrolle, sie sind unserem Leben viel näher als suborbitale Flüge.

Die Bilder in diesem Artikel mit dem Wasserzeichen „Science Popularization China“ stammen alle aus der Copyright-Galerie. Der Nachdruck der Bilder ist nicht gestattet.