Raketenstart aus der Stratosphäre: Der Trick mit dem Ballon
Künftig könnten Ballons Weltraumraketen in die Höhe tragen – zumindest den ersten Teil ihres Weges. Erst dann würden ihre Triebwerke zünden. Die britische Firma ACME experimentiert derzeit mit dieser Startvariante.
In Mikrogravitation sollen an Bord der Samara-Kanister Fasern gezogen werden. Anschließend werden die Knister zur Erde zurückgeschossen und geborgen.
Foto: ACME Space
Die Idee ist naheliegend: Warum nicht die irdische Lufthülle nutzen, solange es geht? Danach ist immer noch Zeit, um einen Raketenantrieb einzuschalten. Ein solcher Hybridantrieb aus Ballon und Rakete spart Treibstoff, macht die Rakete leichter, und er hilft, Startkosten zu reduzieren. Ob das funktioniert, will ein Unternehmen aus dem Vereinigten Königreich testen.
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Hyperion heißt deren Hybrid. Und Hybrid heißt hier: Es ist eine neuartige Art, Nutzlasten auf einer Erdumlaufbahn zu positionieren, die sich einerseits eines Wasserstoffballons bedient und andererseits einer Rakete mit herkömmlichem Flüssigkeitsanstrieb.
Der volle Name lautet Hyperion Orbital Factory Vehicle. Diese Bezeichnung verrät, dass es sich bei dem neuen Vehikel um eine Art Fabrik handelt. Das nämlich ist der Sinn hinter dem ganzen Projekt: Der Firma ACME Space aus London geht es weniger darum, Wege in den Weltraum durch ein neues Antriebssystem zu revolutionieren. Vielmehr soll Hyperion in Serie gehen und verlässliche, kostengünstige und dauerhafte Produktionsmöglichkeiten im Orbit ermöglichen – auf Umlaufbahnen in bis zu 500 km Höhe und damit noch höher, als die Internationale Raumstation (ISS) fliegt. Dies erklärt auch den Firmennamen: ACME kommt vom griechischen akmē (ακμή) und bedeutet so viel wie „Gipfel“ oder „Zenith“.
Lange Fasern made in space
Auf dieses verlockende Angebot sind bereits Firmen und Universitäten aus Europa und aus Australien angesprungen, darunter das Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC), die University of Western Australia (UWA) und das Australian Synchroton (ANSTO).
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Sie alle wollen sich ab dem kommenden Jahr auf die Produktion von Glasfasern konzentrieren, die aus ZBLAN hergestellt werden. Diese Abkürzung bezeichnet eine Legierung aus Zirkonium-, Barium-, Lanthan-, Natrium- und Aluminiumfluoridverbindungen. Ziel ist es, solche Fasern möglichst lang und in hoher Qualität zu erzeugen, was zu Energieeinsparungen führen würde. Wird ZBLAN jedoch auf der Erde zu Fasern gezogen, bilden sich Kristalle, die Signale streuen und die Faser spröde machen. Da Kristalle in der Schwerelosigkeit langsamer wachsen, können die gezogenen Fasern gekühlt werden, bevor sich die unerwünschten Kristalle bilden.
Ebenso wird die Produktion von Arzneien und Heilmitteln im Mittelpunkt stehen. „Entscheidend ist die Suche nach neuen Varianten bereits bestehender Medikamente“, betont Tomas Guryca, der CEO und Gründer von ACME Space. „Mithilfe dieser im Weltraum gezüchteten Kristalle können wir 3D-Karten des Aufbaus von Molekülen anfertigen, die wir Pharmaunternehmen zur Verfügung stellen, um Wirkstoffe zu verbessern oder überhaupt erst neu zu patentieren.“
Derartige Versuche können ohne menschliches Zutun ablaufen. Bislang haben Astronauten Glasfaser schon an Bord der ISS gezüchtet. Mit ihren Kosten und ihrem Mannschaftsaufwand ist der Orbitalkomplex für solche Experimente aber überdimensioniert. Ab dem kommenden Jahr können solche Experimente völlig autonom zwei bis drei Wochen lang ablaufen.
Erst der Ballon, dann die Rakete: In drei Schritten in den Orbit
Dazu sollen 200 kg Nutzlast künftig mit einem Start in den Weltraum gelangen – und zwar in drei Schritten: Zunächst trägt ein riesiger, mit Wasserstoff gefüllter Ballon von 135 m Durchmesser eine Rakete auf eine Höhe von 30 km. Dieser Aufstieg dauert etwa 90 min. Auf der gewünschten Reisehöhe angekommen, klinkt sich die Rakete aus. Der Ballon gleitet zurück auf die Erde, wird geborgen und kann wiederverwendet werden, insgesamt bis zu 15-mal.
Die Rakete zündet ihre Triebwerke, die mit Methan und flüssigem Sauerstoff gespeist werden. Sie schießen die Nutzlast auf eine Höhe von 100 km – der offiziellen Grenze zum Weltraum. Dort trennt sich die Hauptstufe von der Oberstufe. Jene fällt ebenfalls zurück zur Erde und kann erneut eingesetzt werden.
Irankrieg zerschießt die Pläne
Die Oberstufe trägt die Nutzlast dann auf ihre endgültige Umlaufbahn in rund 300 km Höhe. Dort öffnet sich die Spitze der Raketenoberstufe, was aussieht, als öffnete ein schwarz-grauer Vogel seinen langen Schnabel. Sobald ein Greifarm mittels des Mechanismus einer Nürnberger Schere aus der Öffnung ausgefahren ist, entfalten sich zwei Solarzellenausleger auf beiden Seiten der „Fabrik“. Und dann ist Produktionsbeginn.
Wenige Wochen später: Der Greifarm zieht die kleine Produktionswerkstatt wieder ins Innere der Raketenoberstufe, die sich schließt, mittels Bremsfallschirm in die Atmosphäre eintritt und auf dem Festland oder im Wasser landet.
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So jedenfalls war die Planung bis vor einigen Wochen. Schönheitsfehler dabei: Der Ballon sollte von Oman aus abheben, einem Land auf der Arabischen Halbinsel. Diese Region ist jedoch momentan alles andere als ein sicherer Abflughafen. Einen neuen Ort für einen Stratosphärenballon mit solchen Ausmaßen zu finden, Freigaben für den Start durch die Luftaufsichtsbehörden zu erhalten und im Wasser eine Infrastruktur für die Bergung zu schaffen – „das hätte alles viel zu lange gedauert“, klagt Guryca im Gespräch mit ingenieur.de. Denn ACME Space war froh über die ersten Kunden und wollte diese weder verschrecken noch warten lassen.
Kanister im Kosmos
Deswegen stellt das Unternehmen die Ballonidee für dieses Jahr zurück. Stattdessen will es die kleinen Produktionsstätten noch vor Ende 2026 mit einer herkömmlichen Rakete ins All schießen. Dazu werden fünf dieser Fabriken von jeweils rund 3,5 kg Gewicht und 30 cm Länge auf einen Streich an Bord einer Kapsel namens Gatling auf die Umlaufbahn transportiert. Der Start wird wahrscheinlich von Australien aus erfolgen, was die anschließende Bergung im südlichen Indischen Ozean oder auf dem militärischen Koonibba-Testgelände in Südaustralien erleichtern würde.
Denn nach 30 Tagen Versuchsabläufen und Kristallzucht im Orbit schießt die Kapsel – deren Name auf Schusswaffen zurückgeht, die mittels Rotation um die Längsachse nachladen – die fünf Kanister einzeln, automatisch und nacheinander zurück zur Erde. Samara ist der Name von jedem dieser Kanister, benannt nach den Früchten des Ahornbaums, die sanft zu Boden gleiten. Die fünf Samaras aus dem All werden ihren Fall durch Bremstriebwerke und schließlich durch das Öffnen eines Bremsfallschirms verlangsamen. Dann sollen Spezialteams sie per GPS orten, bergen und möglichst schnell an die zahlenden Kunden weiterreichen.
Mit diesem Konzept bleibt ACME Space aber stets nur Untermieter bei Raketenstarts. Ziel für das kommende Jahr bleibe nach wie vor, einen neuen Startplatz für den Lift-off eines Stratosphärenballons zu finden, so Gurcyca.
„Das Hyperion-Konzept ist immer noch unser Ziel – nur halt nicht sofort“, schränkt der CEO ein. Doch bereits jetzt ist ACME Space in der Entwicklung eines „Weltraumballons“ weiter vorangeschritten als der europäische Mitbewerber Zero 2 Infinity. Die spanische Firma wollte ebenfalls kommerzielle Nutzlasten mit einem gemischten Ballon-/Raketenantrieb ans Ziel befördern. Selbst die europäische Weltraumagentur ESA hatte Interesse an diesem Konzept angemeldet.
Dennoch kam eine entsprechende Finanzierung bislang nicht zustande, sodass Zero 2 Infinity schon seit 2017 keine Tests mehr durchführen konnte und das Konzept derzeit auf Eis liegt.
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