Die Japan Aerospace Exploration Agency hat sich kürzlich mit einer Reihe von Universitäten zusammengetan, um einen bahnbrechenden Bodenverbrennungstest des Staustrahltriebwerks eines Mach-5-Hyperschallflugzeugs erfolgreich abzuschließen. Damit ist die Vision eines zweistündigen Fluges zwischen den beiden Seiten des Pazifiks der Realität einen Schritt näher gekommen.
Der Test, der gemeinsam von einem Team von Ingenieuren der Japan Aerospace Exploration Agency, der Waseda-Universität, der Universität Tokio und der Keio-Universität durchgeführt wurde, wurde im Raumfahrtzentrum der Agentur in Tsunoda durchgeführt. Es simulierte eine Flugumgebung mit fünffacher Schallgeschwindigkeit und konzentrierte sich auf die Überprüfung der Leistung des Wärmeschutzsystems, der Steuerflächen und Triebwerke des Flugzeugs unter extremen Bedingungen.
Die Kerntechnologie des Tests ist das Staustrahltriebwerk, ein luftatmendes Strahltriebwerk ohne bewegliche Teile. Sein Funktionsprinzip beruht auf dem Staueffekt, der durch die schnelle Vorwärtsbewegung erzeugt wird, um die einströmende Luft zu komprimieren, die dann mit Treibstoff vermischt und gezündet wird, um Schub zu erzeugen. Diese Konstruktion macht einen schweren rotierenden Kompressor überflüssig und ermöglicht einen Betrieb mit Geschwindigkeiten, die weit über denen eines herkömmlichen Turbofan-Triebwerks liegen. Allerdings kann das Staustrahltriebwerk nicht aus dem Stillstand starten und muss zunächst auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden, bevor es arbeiten kann.
Bei diesem Test in Japan wurde das Versuchsflugzeug in einem Windkanal installiert, um Umweltbedingungen in einer Höhe von etwa 25 Kilometern zu simulieren. Die Dichte der Atmosphäre beträgt in dieser Höhe nur ein Prozent derjenigen auf Meereshöhe. In dieser Höhe und bei Mach 5 kann die Lufttemperatur um die Nase und die Vorderkante über 1.000 Grad Celsius erreichen. Als Reaktion auf solch hohe Temperaturen haben die Ingenieure ein fortschrittliches Wärmeschutzsystem entwickelt, um die Innentemperatur des Flugzeugs erfolgreich nahe der normalen Betriebstemperatur zu halten und sicherzustellen, dass die Avionik- und Steuerelektroniksysteme an Bord normal funktionieren können. Gleichzeitig kartieren Sensoren Oberflächentemperaturprofile, um thermische Strukturberechnungen zu validieren, die für die Skalierung auf Passagierflugzeuge in Originalgröße von entscheidender Bedeutung sein werden.
Es muss klargestellt werden, dass dieser Vortest noch weit vom eigentlichen Testflug entfernt ist und lediglich die Bodenverifizierung des verkleinerten Modells abgeschlossen ist. Die Japan Aerospace Exploration Agency plant, das Versuchsflugzeug im nächsten Schritt auf einer Höhenforschungsrakete zu installieren und zu versuchen, einen tatsächlichen Flugtest mit Mach 5 durchzuführen. Wenn die Fortschritte gut voranschreiten und regulatorische und technische Hürden überwunden werden können, besteht das Ziel darin, bis in die 2040er Jahre einen kommerziellen Hyperschall-Passagierdienst zu ermöglichen.
Wenn dieser Fortschritt anhält, kann ein Flugzeug, das mit Mach 5-Geschwindigkeit in einer Höhe von 25 Kilometern fliegt und fast doppelt so hoch fliegen kann wie bestehende Verkehrsflugzeuge, die Flugzeit von Tokio nach Los Angeles von derzeit etwa 10 Stunden auf etwa zwei Stunden verkürzen, ohne dass komplexe Vorgänge erforderlich sind, um in eine vollständige Umlaufbahn zu gelangen. Dies bedeutet, dass Flüge von den Vereinigten Staaten nach Japan revolutioniert werden und eine Reise, die ursprünglich eine Woche dauerte, in einen Hin- und Rückflug am selben Tag in nur wenigen Flugstunden verwandelt wird.