Raketen-Killer Zerstörerische Schallwellen erstmals gefilmt

Sie sind der Schrecken eines jeden Raketeningenieurs: Schallwellen, die in einem laufenden Triebwerk entstehen und den Flugkörper in Stücke reißen können. Jetzt haben Forscher das unheimliche Phänomen erstmals im Labor beobachtet.


Atlanta - Das seltsame Phänomen treibt Ingenieure seit Jahrzehnten um: Beim Betrieb von Raketen können energiereiche und instabile Schallwellen auftreten. Sie können mitunter so stark werden, dass sie eine Rakete förmlich auseinanderreißen - wie Russen und Amerikaner bereits mehrere Male leidvoll erfahren mussten. Nicht nur in Trägerraketen, auch in militärischen Flugkörpern und Gasturbinen tauchten die merkwürdigen Schwingungen hin und wieder auf.

Lange rätselten Wissenschaftler über die genauen Ursachen des Phänomens, denn unter den kontrollierten Bedingungen in einem Labor konnte es nicht nachvollzogen werden - bis jetzt. Forscher des Georgia Institute of Technology haben ein Gerät konstruiert, das eine Flüssigbrennstoffrakete simuliert. Mit Hilfe moderner Videotechnik gelang es ihnen nach eigenen Angaben zu zeigen, woher die zerstörerische Wirkung kommt: Akustische Wellen rotieren um den Brennraum der Rakete herum - und können sie vernichten, wenn die Bedingungen stimmen.

Zerstörung ohne Vorwarnung

"Bei Raketen ist das ein Besorgnis erregendes Problem", sagte Ben Zinn vom Georgia Institute of Technology. "Diese wirbelnden akustischen Oszillationen zerstören Motoren, ohne dass jemand vollständig versteht, wie sie überhaupt entstehen." Da man das Phänomen nun sichtbar gemacht habe, sei man dem Ziel, es zu durchschauen, einen Schritt näher gekommen.

Bei der bisherigen Erforschung der zerstörerischen Schallwellen habe man lediglich die frühen Phasen der Schallwellenentwicklung beobachten können, ehe man gezwungen gewesen sei, die Raketenmotoren abzuschalten - um nicht deren Zerstörung zu riskieren. Ein weiteres Problem war die Tatsache, dass die Forscher nicht ins Innere der Triebwerke blicken konnten.

Zinn und seine Kollegen haben nun auf der Jahrestagung des American Institute of Aeronautics and Astronautics in Reno (US-Bundesstaat Nevada) eine Versuchsanordnung und Visualisierungstechniken vorgestellt, die detaillierte Informationen über die Entstehung und das Verhalten der Schallwellen liefern - ohne Triebwerke oder gar Menschen zu gefährden.

Kameras außen und innen

Zunächst haben die Forscher eine Niederdruckbrennkammer entwickelt, die größere Raketenmotoren simuliert. Anschließend wurde das Gerät mit einer Hochgeschwindigkeitskamera und Glasfaseroptiken im Innern ausgestattet. So konnten die Wissenschaftler die Schallwellen im Innern der Brennkammer detailliert beobachten. Dadurch konnten sie auch klären, unter welchen Bedingungen die Schallwellen entstehen und wie sie kontrolliert werden können.

Die Methode, die der ukrainische und derzeit in Georgia tätige Wissenschaftler Olexander Bibik entwickelt hat, beinhaltet ein System von Filtern, durch die nur bestimmte Strahlung aus der Brennkammer in die Linse der Hochgeschwindigkeitskamera fällt. Dadurch wurde nach Angaben der Forscher das Hintergrundlicht eliminiert, so dass ein klares Bild der Verbrennung und der Schallwellen entstand.

Das Ergebnis: Die zerstörerischen Wellen gewannen an Energie, während sie mit rund 5000 Umdrehungen pro Sekunde im Motor umherwirbelten. Diese Erkenntnis ist bares Geld wert, wie Zinn betonte: Raumfahrt- und Militäroperationen werden künftig wahrscheinlich wesentlich sicherer werden, "was Milliarden Dollar für neue Technologien ersparen würde".

mbe



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