Hypersonix Spartan: Der wasserstoffbetriebene Nachfolger der SR-71 Blackbird

Lange nachdem die legendäre SR-71 Blackbird den Massstab für schnelle Spionageflüge in grosser Höhe gesetzt hat, bereiten Ingenieure einen Nachfolger vor, der dröhnendes Kerosin gegen gekühlten flüssigen Wasserstoff eintauscht und Geschwindigkeiten erreichen soll, die beinahe unwirklich klingen.

Ein neuer Favorit im Hyperschallrennen

In Washington, Peking und Moskau bestimmen Hyperschallwaffen Briefings und Haushaltspläne. Gleitflugkörper, manövrierfähige Gefechtsköpfe und aussergewöhnliche Raketen beherrschen meist die Schlagzeilen. Das kleine australische Start-up Hypersonix verfolgt jedoch einen anderen Ansatz: ein wiederverwendbares Flugzeug mit einem wasserstoffbetriebenen Scramjet-Triebwerk.

Das Ziel lässt sich leicht formulieren, ist aber schwer zu verwirklichen: ein dauerhafter Flug zwischen Mach 5, Mach 10 und darüber hinaus – ohne CO₂-Emissionen des Triebwerks.

Hypersonix strebt ein wiederverwendbares Hyperschallflugzeug an, das Raketen überholt, nützliche Nutzlasten transportiert und mit grünem Wasserstoff statt Flugtreibstoff betrieben wird.

Damit nimmt das Unternehmen eine seltene Position ein. Die meisten heutigen Hyperschallprojekte sind Einwegwaffen, die giftige Treibstoffe verbrennen und als Trümmer enden. Hypersonix setzt auf etwas, das eher einem Flugzeugprogramm als einem Raketenprogramm entspricht.

Von der Blackbird zur Spartan: eine neue Triebwerksklasse

Die Ende der 1990er-Jahre ausser Dienst gestellte SR-71 Blackbird erreichte etwa Mach 3,2. Ihre Titanhaut und ihre komplexen Turbo-Ramjet-Triebwerke beeindrucken Luft- und Raumfahrtingenieure bis heute. Der neue Herausforderer zielt auf mehr als die dreifache Geschwindigkeit.

Das 3D-gedruckte Spartan-Scramjet-Triebwerk

Im Zentrum der Hypersonix-Technologie steht ein Scramjet-Triebwerk namens Spartan. Ein Scramjet ist ein „luftatmendes“ Triebwerk: Es verdichtet einströmende Luft bei Hyperschallgeschwindigkeit, vermischt sie mit Treibstoff und verbrennt diesen, während die Luftströmung überschallschnell bleibt.

Anders als bei einem herkömmlichen Düsentriebwerk drehen sich an der Vorderseite keine beweglichen Verdichterschaufeln. Allein die Form des Triebwerks übernimmt die Verdichtung – mithilfe der enormen Geschwindigkeit und sorgfältig geformter Lufteinlässe.

Spartan ist für einen Geschwindigkeitsbereich von etwa Mach 5 bis rund Mach 12 ausgelegt, nutzt Wasserstoff als Treibstoff und setzt in hohem Mass auf 3D-gedruckte Hochtemperaturlegierungen.

Das Triebwerk entsteht mittels additiver Fertigung. Dadurch können Ingenieure komplexe Kühlkanäle und verstärkte Strukturen direkt im Metall drucken. Das ist entscheidend, um Bedingungen zu überstehen, bei denen die Oberflächentemperaturen auf mehr als 1.800 °C steigen können.

• Triebwerkstyp: wasserstoffbetriebenes Scramjet-Triebwerk
• Geschwindigkeitsbereich: ungefähr Mach 5–Mach 12
• Konstruktion: 3D-gedruckte Hochtemperaturlegierungen und fortschrittliche Verbundwerkstoffe
• Treibstoff: flüssiger Wasserstoff, idealerweise als grüner Wasserstoff erzeugt

DART AE: der Nachweis für sauberen Hyperschallflug

Um zu zeigen, dass es sich nicht nur um eine Präsentation handelt, bereitet Hypersonix einen Demonstrator namens DART AE vor. Das rund 3,5 Meter lange Fluggerät soll ein vollständiges Hyperschallflugprofil erproben, einschliesslich Triebwerksleistung, thermischer Belastungen und Steuerung bei extremen Geschwindigkeiten.

Der Start von DART AE ist vom NASA-Flugzentrum Wallops an der US-Ostküste vorgesehen. Zunächst bringt eine Trägerrakete das Fluggerät auf die Geschwindigkeit und Höhe, die für die Zündung des Scramjet-Triebwerks erforderlich sind. Erst danach kann Spartan übernehmen und in den Hyperschallbereich beschleunigen.

Wenn DART AE wie geplant fliegt, wäre es eines der ersten Hyperschall-Testflugzeuge, das mit sogenanntem grünem Wasserstoff betrieben wird – erzeugt mit erneuerbarem Strom statt aus fossilem Erdgas.

Militär, Raumfahrt und extrem schnelles Reisen auf einer Plattform

Dreifacher Markt: Krieg, Orbit und Geschäftsreisen

Hypersonix beschreibt für seine Technologie gern einen „dreifachen Markt“, der militärische, raumfahrtbezogene und zivile Anwendungen auf derselben grundlegenden Plattform vereint.

Das Projekt Delta Velos von Hypersonix ist ein Konzept für ein wiederverwendbares Hyperschallflugzeug, das ungefähr 50 kg Nutzlast in eine niedrige Erdumlaufbahn befördern könnte. Das Flugzeug würde auf einer Trägerrakete starten, sein Scramjet-Triebwerk bei Hyperschallgeschwindigkeit zünden und anschliessend einen kleinen Satelliten oder eine Forschungsnutzlast aussetzen.

Neben dem Zugang zum Orbit betrachten Verteidigungskunden vor allem drei Einsatzbereiche:

• Hochgeschwindigkeitsaufklärung: ein Nachfolger der Blackbird, der in geschützten Luftraum eindringen, Daten erfassen und wieder verschwinden kann, bevor Abfangjäger reagieren.
• Hyperschall-Testplattform: eine wiederverwendbare Plattform, auf der sich neue Sensoren, Materialien und Waffen bei hoher Geschwindigkeit erproben lassen, ohne jedes Mal eine Rakete starten zu müssen.
• Schnelle Logistik: der Transport kritischer Komponenten oder Ausrüstung über Kontinente hinweg innerhalb weniger Stunden.

Die zivile Luftfahrt steht bei diesen Plänen im Hintergrund. Sollte sich die Technologie als sicher erweisen, träumen Betreiber bereits von New York–Tokio in weniger als zwei Stunden oder Sydney–Los Angeles in unter drei Stunden.

Bei Mach 10 könnte eine transpazifische Reise, die heute einen halben Tag dauert, auf die Dauer eines langen Geschäftstermins schrumpfen.

Warum Wasserstoff die Voraussetzungen verändert

Bei Hyperschallgeschwindigkeiten bietet Wasserstoff deutliche Vorteile. Er besitzt einen sehr hohen Energiegehalt pro Kilogramm und verbrennt sauber, wobei überwiegend Wasserdampf entsteht.

Zugleich erleichtert er das Wärmemanagement: Wasserstoff kann vor der Verbrennung um das Triebwerk und die Flugzeugzelle geleitet werden, um Wärme aufzunehmen und als internes Kühlmittel zu wirken. Bei einer Flugzeughaut, die durch Hyperschallreibung extrem erhitzt wird, kann ein solcher Kühlkreislauf über das Überleben oder strukturelles Versagen entscheiden.

Das Problem der Speicherung

Der Nachteil liegt in der geringen Dichte von Wasserstoff. Um ausreichend Treibstoff mitzuführen, benötigt das Flugzeug entweder sehr grosse Tanks oder Wasserstoff, der bei rund −253 °C als extrem kalte Flüssigkeit gespeichert wird.

Kryogene Tanks müssen stark isoliert, strukturell belastbar und zugleich leicht genug zum Fliegen sein. Verdampfungsverluste oder Leckagen verschwenden Treibstoff und können Sicherheitsrisiken verursachen. Eine schlanke Hyperschallzelle um grosse, gefrorene Tanks herum zu konstruieren, ist eine erhebliche technische Herausforderung.

Unternehmen wie H2 Clipper arbeiten an einer umfassenderen Wasserstofflogistik: Langstreckenflugzeuge für den Wasserstofftransport, grosse Speichersysteme und sogar spezialisierte Luftschiffe. Für Hyperschalljets besteht die Hoffnung, dass sinkende Kosten für grünen Wasserstoff bis etwa 2030 einen regelmässigen Betrieb wirtschaftlich realistisch machen – statt ihn zum Luxus eines Forschungsprojekts zu machen.

Jahr	Angestrebter Meilenstein
2025	Testflüge des Hyperschall-Demonstrators DART AE
2027	Entwicklungsphase für das wiederverwendbare Delta-Velos-Fluggerät
2030	Erwarteter Rückgang der Produktionskosten für grünen Wasserstoff
2035	Mögliche erste Tests bemannter Hyperschallflugzeuge

Die brutale Physik eines Flugs mit Mach 10

Mit der zehnfachen Schallgeschwindigkeit zu fliegen bedeutet, sowohl gegen Hitze als auch gegen die Luft selbst anzukämpfen. Bei diesen Geschwindigkeiten verhält sich Luft eher wie eine dichte, chemisch reagierende Flüssigkeit als wie die sanfte Strömung, die Verkehrsflugzeuge kennen.

Die starke Verdichtung vor dem Flugzeug erzeugt Stosswellen, die auf Steuerflächen und Lufteinlässe treffen. Hinter diesen Stosswellen spalten sich Moleküle und verbinden sich erneut, wodurch zusätzliche Wärme entsteht und sich die Luftströmung um das Fluggerät verändert.

Um damit umzugehen, setzen Ingenieure auf keramische Matrixverbundwerkstoffe, Hochtemperaturlegierungen und hitzebeständige Beschichtungen, wie sie eher aus Raketentriebwerken und Gasturbinen bekannt sind. Der 3D-Druck hilft, Festigkeit und Kühlung genau dort unterzubringen, wo die Belastungen am höchsten sind.

Hyperschalldesign ist ein Schachspiel mit der Physik: Jede Formänderung beeinflusst gleichzeitig Stosswellen, Erwärmung und Auftrieb.

Auch die Steuerung bei solchen Geschwindigkeiten ist eine weitere Herausforderung. Herkömmliche bewegliche Klappen haben in einer derart energiereichen Luftströmung Schwierigkeiten. Entwickler erproben kleine Rumpfklappen, Strahlsteuerdüsen und eine feine Formgebung der Flugzeugzelle, um Stabilität ohne grosse bewegliche Bauteile zu erhalten.

Was „Hyperschall“ und „Scramjet“ tatsächlich bedeuten

Als Hyperschall gelten üblicherweise Geschwindigkeiten oberhalb von Mach 5, also dem Fünffachen der örtlichen Schallgeschwindigkeit. Auf Meereshöhe entspricht das ungefähr 6.000 km/h, wobei der genaue Wert je nach Höhe und Temperatur variiert.

Scramjet steht für „Supersonic Combustion Ramjet“, also ein Staustrahltriebwerk mit Überschallverbrennung. Ein normales Staustrahltriebwerk bremst die einströmende Luft vor der Verbrennung des Treibstoffs auf Unterschallgeschwindigkeit ab. Ein Scramjet hält die Luftströmung dagegen im gesamten Triebwerk überschallschnell. Das ermöglicht deutlich höhere Fluggeschwindigkeiten, doch bei niedriger Geschwindigkeit funktioniert das Triebwerk überhaupt nicht. Deshalb ist zum Anfahren eine Rakete oder ein anderer Booster erforderlich.

Was dies für künftige Konflikte und Reisen bedeuten könnte

Für Verteidigungsplaner ist ein wasserstoffbetriebenes Hyperschallflugzeug zugleich Chance und Herausforderung. Es verspricht beinahe unangreifbare Aufklärung: ein Jet, der feindlichen Luftraum in Minuten durchquert, Radar- und Infrarotdaten sammelt und hinter dem Horizont verschwindet, bevor Raketen überhaupt ihren Steigflug beendet haben.

Gleichzeitig verkürzt diese Geschwindigkeit die Entscheidungszeit. Staats- und Regierungschefs könnten nur wenige Minuten haben, um auf ein nicht identifiziertes Hyperschallfluggerät zu reagieren, das sich ihrem Luftraum nähert. Sind die Sensordaten unklar, steigt dadurch das Risiko von Fehlkalkulationen.

Für die zivile Luftfahrt ist das Bild differenzierter. Kürzere Reisezeiten sind attraktiv, doch Ticketpreise, Vorschriften für Lärmüberflüge und die öffentliche Akzeptanz wasserstoffbetriebener Hochgeschwindigkeitsflugzeuge bleiben offene Fragen. Eine realistische frühe Anwendung könnten hochpreisige Punkt-zu-Punkt-Geschäftsrouten über Ozeane sein, wo Überschallknalle weniger Menschen stören.

Ein konkreteres kurzfristiges Szenario liegt beim Zugang zum Weltraum. Kleine Satelliten sind stark gefragt, und eine wiederverwendbare Hyperschall-Erststufe ohne CO₂-Emissionen könnte herkömmliche Raketen bei bestimmten Missionen preislich unterbieten. Diese Verbindung aus militärischer Aufklärung, grünen Startdiensten und extrem schnellem Frachttransport könnte der Bereich sein, in dem der Nachfolger der Blackbird wirklich abhebt.