Ohne Raketentriebwerk in den Orbit zu kommen wird so schnell noch nicht gelingen. Aber es gibt einen neuen Vorschlag, wie man zumindest auf das Verbrennen von Treibstoff verzichten könnte. Im Podcast bin ich am Wochenende schon darauf eingangen und hier gibt es das ganze nochmal zum nachlesen.
Ein normales Wasserstofftriebwerk funktioniert so, dass Wasserstoff in einer Brennkammer gepumpt wird und dort zusammen mit Sauerstoff verbrannt wird. Danach hat man ein heißes Gas, das aus dem Triebwerk heraus strömt und für den Schub verantwortlich ist. Tatsächlich pumpt man schon in solche Triebwerke ungefähr 50-70% mehr Wasserstoff als man mit dem Sauerstoff jemals verbrennen könnte. Vielmehr gibt man sich damit zufrieden, den restlichen Wasserstoff aufzuheizen.
Das hat einen guten Grund. Ein Gas ist eine sehr egalitäre Sache. Jedes Molekül einem Gas mit einer bestimmten Temperatur hat die gleiche Chance, eine bestimmte Menge Energie zu haben. Und zwar egal wie leicht oder schwer das Molekül ist. Ein leichteres Molekül wird sich mit der gleichen Energiemenge aber viel schneller bewegen als ein schwereres. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle bestimmt, wie effizient ein Raketentriebwerk ist.
Wasserstoff ist das leichteste Gas überhaupt. Es hat nur ein neuntel des Gewichts eines Wassermoleküls. Bei der gleichen Temperatur bewegen sich Wasserstoffmoleküle also 3 mal so schnell wie Wassermoleküle. (Tatsächlich sogar noch schneller, weil Wasser mehr Möglichkeiten hat Energie durch Rotationen zu absorbieren, die nichts zur Bewegungsgeschwindigkeit beitragen.) Deswegen versucht man mehr Wasserstoff in ein Wasserstofftriebwerk zu pumpen, als man verbrennen kann. Bis zu einem gewissen Punkt wird es effizienter.
Das führt nun zu einer anderen Idee. Was, wenn man den Wasserstoff überhaupt nicht verbrennt, sondern anders aufheizt? Dann wäre Wasserstoff der ideale Treibstoff. Denn ohne den Sauerstoff aus der Verbrennung hat man ein viel leichteres Gas als Antrieb. Schon mit viel niedrigeren Temperaturen von etwa 2000 Grad käme man auf viel größere Ausströmgeschwindigkeiten als bei einer normalen Brennkammer, mit Temperaturen weit über 3000 Grad. Man kommt so schon auf einen spezifischen Impuls von etwa 750s, anstatt der üblichen 450s – zumindest im Vakuum. Beim Start am Boden fallen die Werte jeweils um 20-25% schlechter aus.
Eine Firma in den USA will genau das tun. Die Energie zum Heizen soll von außen kommen, genau genommen von Mikrowellen mit einer Frequenz von 92 GHz. Das ist weit jenseits der 2,45 GHz der Mikrowellen zum kochen. Ist auch logisch, die Mikrowellen sollen nicht vom Wasser in der Atmosphäre absorbiert werden, sondern von einem Absorber an der Außenwand des Raumschiffs. Der Absorber wird von zuerst flüssigem, dass gasförmigen Wasserstoff durchflossen. (Im Inneren ist eine Turbopumpe, die von etwas weniger heißem Wasserstoffgas angetrieben wird, und den Wasserstoff durch die Röhren und in das Triebwerk hinein pumpt.)
Ihr erstes Raumschiff soll eine Nutzlast von maximal 200kg haben und selbst nur etwa 800kg wiegen. Dabei soll es etwa 3,5 Tonnen Wasserstoff mitführen.
Damit man auf brauchbare Temperaturen und ausreichende Mengen heißen Wasserstoffs für das Triebwerk kommt, will man beim Start auf eine Heizleistung von etwa 200MW kommen. Dazu braucht man eine Mikrowellenleistung von 400MW, weil schon auf kurze Entfernung etwa die Hälfte der Energie verloren geht. Am Ende des Fluges gehen etwa 90% der Energie auf dem Weg vom Boden verloren. Um aber die 400MW Mikrowellenleistung zu erreichen, braucht man 800MW elektrische Leistung. Denn Hochleistungsmikrowellenemitter sind nicht sonderlich effizient. Die nötige Energie will man vor Ort speichern und nicht direkt aus dem Netz beziehen. Schon für das kleine Raumschiff braucht man ein etwa 1km großes Feld von Parabolantennen, um die Mikrowellen über die Distanz zum Raumschiff zu senden.
Und genau deswegen glaube ich nicht, dass diese Idee auch nur im Ansatz eine Chance auf wirtschaftliche Umsetzung hat. Die Nutzlasten sind winzig und werden nicht viel Umsatz bringen. Gleichzeitig setzt man schon für den Bau des Energiespeichers einige zig Millionen an. Ansonsten schweigt man sich über die Kosten ganz aus. Zum Beispiel die Kosten des Mikrowellenemitterfeldes. Wohl schon deswegen, weil man noch bei der Entwicklung erster, kleinerer Prototypen ist.
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