Revolutionäres Hyperschall-Antriebssystem ermöglicht transkontinentale Reisen in <30 Minuten

Forscher entwickelten ein Antriebssystem, das den Weg für Hyperschallflug ebnen könnte, wie Reisen von New York nach Los Angeles in weniger als 30 Minuten. Sie entwickelten einen Weg, die für Hyperschallantrieb nötige Detonation zu stabilisieren, indem sie eine spezielle Hyperschall-Reaktionskammer für Strahltriebwerke schufen.

Es gibt intensive Bemühungen, robuste Antriebssysteme für Hyperschall- und Überschallflug zu entwickeln, die Flug durch die Atmosphäre bei sehr hohen Geschwindigkeiten ermöglichen und auch effizienten Ein- und Austritt aus Planetenatmosphären erlauben würden. Die Stabilisierung einer Detonation – der mächtigsten Form intensiver Reaktion und Energiefreisetzung – hat das Potenzial, Hyperschallantrieb und Energiesysteme voranzubringen.

Das System könnte Fluggeschwindigkeiten von Mach 6 bis 17 ermöglichen, also mehr als 7.400 bis 20.900 km/h. Die Technologie nutzt die Kraft einer schrägen Detonationswelle, die mittels einer angewinkelten Rampe innerhalb der Reaktionskammer erzeugt wurde, um eine detonationsinduzierende Schockwelle für den Antrieb zu schaffen. Im Gegensatz zu rotierenden Detonationswellen, die sich drehen, sind schräge Detonationswellen stationär und stabilisiert.

Die Technologie verbessert die Effizienz von Strahltriebwerken, sodass mehr Leistung bei weniger Treibstoffverbrauch als bei traditionellen Antriebstriebwerken erzeugt wird, was die Treibstofflast verringert und Kosten sowie Emissionen reduziert. Neben schnellerem Flugverkehr könnte die Technologie auch in Raketen für Weltraummissionen eingesetzt werden, was sie leichter, weiter reichend und sauberer brennend machen würde.

Detonationsantriebssysteme werden seit mehr als einem halben Jahrhundert erforscht, waren aber aufgrund der verwendeten chemischen Treibstoffe oder der Art ihrer Mischung nicht erfolgreich. Frühere Arbeiten des Forschungsteams überwanden dieses Problem, indem sie die Freisetzungsrate der Treibstoffe Wasserstoff und Sauerstoff in den Motor sorgfältig balancierten, um den ersten experimentellen Nachweis einer rotierenden Detonation zu erbringen.

Die kurze Dauer der Detonation, die oft nur Mikro- oder Millisekunden andauert, macht sie schwer zu untersuchen und unpraktisch für den Einsatz. Die Forscher konnten jedoch die Dauer einer Detonationswelle auf drei Sekunden aufrechterhalten, indem sie eine neue Hyperschall-Reaktionskammer schufen, bekannt als Hyperschall-Hochenthalpie-Reaktionsanlage (HyperREACT). Die Anlage enthält eine Kammer mit einer 30-Grad-Rampe in der Nähe der Treibstoffmischkammer, die die schräge Detonationswelle stabilisiert.

Nächste Schritte für die Forschung sind die Hinzufügung neuer Diagnose- und Messwerkzeuge, um ein tieferes Verständnis der Phänomene zu erlangen. Das Team wird weiter experimentelle Konfigurationen erforschen, um detaillierter die Kriterien zu bestimmen, mit denen eine schräge Detonationswelle stabilisiert werden kann. Wenn die Weiterentwicklung dieser Technologie gelingt, könnte detonationsbasierter Hyperschallantrieb in den kommenden Jahrzehnten in bemannte atmosphärische und Weltraumfahrt implementiert werden.