Raumfahrt: Mit Kanonen auf den Orbit schießen

Ein Ring, ein Magnetfeld - nicht viel mehr ist notwendig, um Raumschiffe vom Boden zur Erdumlaufbahn zu transportieren. Und zwar preisgünstig. Dies errechneten zumindest Wissenschaftler, die sich die Sache im Auftrag der US-Luftwaffe genauer angeschaut haben.

Frank Schubert

Magnetbeschleuniger ins All — © Jim Fiske, Launchpoint Technologies (Ausschnitt)

Die Grundlage einer Idee, die auf den ersten Blick realitätsfern klingt, ist ein gewaltiger Ring aus supraleitenden Magneten: Durch ihn sollen kleine Raumschiffe auf enorme Geschwindigkeiten beschleunigt und dabei himmelwärts in den Erdorbit geschleudert werden. Soweit zumindest die Planspiele von US-Wissenschaftler. Wer finanziert eigentlich die Entstehung solcher Visionen?

In diesem Fall war es die US-Air-Force. Sie beauftragte und bezahlte eine durchaus ernsthafte wissenschaftliche Prüfung des Satellitenkanonen-Konzeptes und erntete wirklichkeitsnahe Resultate. Ein Weltraumkatapult, so die Idee der Ingenieure, hätte Ähnlichkeit mit einem Teilchenbeschleuniger. Es bestünde aus einem sechs Kilometer langen Tunnel, der im Kreis herum liefe und von supraleitenden Magneten umgeben wäre.

Magnetfeldkatapult ins All | Nach der für die US-Streitkräfte erstellten Technologiestudie bestünde ein Weltraumkatapult aus einem kreisförmigen, sechs Kilometer langen unterirdischen Tunnel, der von supraleitenden Magneten umgeben ist. Die von den Magneten erzeugten Felder könnten Satelliten innerhalb des Tunnels berührungsfrei in der Schwebe halten und gleichzeitig beschleunigen – ähnlich wie bei einer Magnetschwebebahn. Ließe man die Satelliten ständig im Kreis laufen und rund zehn Kilometern pro Sekunde schnell werden, so könnten eine Art Sprungschanze sie letztlich bis in den Weltraum katapultieren. Eine kleine Rakete an ihrem hinteren Ende würde ausreichen, um sie schließlich auf die gewünschte Erdumlaufbahn zu heben.

Die von den Magneten erzeugten Felder könnten Satelliten innerhalb des Tunnels berührungsfrei in der Schwebe halten und gleichzeitig beschleunigen – ähnlich wie bei einer Magnetschwebebahn. Ließe man die Satelliten ständig im Kreis laufen und beschleunigte sie dabei fortwährend, könnten sie eine Geschwindigkeit von zehn Kilometern pro Sekunde erreichen. Bei diesem Tempo, so die Idee, würden die Raumschiffe auf eine Art Sprungschanze geleitet. Wegen ihres enormen Schwungs flögen sie von dort aus ganz allein in den Weltraum. Eine kleine Rakete an ihrem hinteren Ende könnte sie schließlich auf die gewünschte Erdumlaufbahn bringen.

Diese Grundidee ist der US-amerikanischen Luftwaffe nun weitere hunderttausend Dollar für eine Folgestudie wert, die das Konzept vertiefen soll. Sie ist auf zwei Jahre angelegt und wird von dem US-Unternehmen LaunchPoint Technologies durchgeführt. "Mit dem Weltraumkatapult könnte man zum Beispiel Nutzlasten für die bemannte Raumfahrt ins All schießen", gibt sich Jim Fiske optimistisch, der Leiter der Studie.

Raumfahrtexperten fallen allerdings zahlreiche Einwände ein, die gegen das Konzept sprechen. Etwa klassische-physikalische: Ein erheblicher Nachteil des Katapults bestünde darin, dass die beschleunigten Satelliten riesige Kräfte aushalten müssten. "Wenn ein Objekt mit zehn Kilometer pro Sekunde so im Kreis herum fliegt, wie es der Entwurf vorsieht, dann wirkt eine Zentrifugalbeschleunigung, die dem zehntausendfachen der Erdbeschleunigung entspricht", erklärt Michael Khan, Missionsanalytiker beim europäischen Raumfahrtkontrollzentrum (ESOC).

Die Satelliten müssten also extrem robust sein. Zwar verwendet das US-Militär heute schon Artilleriegranaten mit eingebauter Elektronik, die das Zwanzigtausendfache der Erdbeschleunigung überstehen – aber dabei handelt es sich eben um Granaten, nicht um sensible Raumfahrttechnik.

Ein weiterer Kritikpunkt ist die hohe Geschwindigkeit, mit der die Satelliten das Katapult verlassen würden. Um bis ins All zu gelangen, müssten sie die unteren, dichten Atmosphärenschichten mit etwa zwanzigfacher Schallgeschwindigkeit durchstoßen. Dabei wirken beachtliche Reibungskräfte samt der damit verbundenen Erhitzung. "Der Satellit bräuchte eine Hülle aus wärmefesten Panzerplatten, um nach dem Start nicht zu verglühen", so Khan. Das sei besonders bei kleinen Raumfahrzeugen, für die die Anlage offiziell gedacht ist, von Nachteil. Denn ein erheblicher Teil der Gesamtmasse des Fluggeräts ginge für die Panzerung drauf und es bliebe nicht viel für die Nutzlast übrig.

"Ich vermute, dass es bei diesem Konzept gar nicht um den Start von Satelliten geht", sagt Khan. Er spricht eine Befürchtung an, die auch amerikanische Experten wie Alan Epstein vom Massachusetts Institute of Technology haben: Dass das Militär an dem Katapult interessiert sein könnte, um dessen Waffentauglichkeit zu prüfen. Denkbar wäre zum Beispiel, damit viele kleine Schrotgeschosse in eine Erdumlaufbahn zu schießen, um diese mit Trümmern zu verschmutzen. Die Trümmer könnten Satelliten zerstören und die Kommunikation im Weltall behindern. Es müsse ja gar nicht sein, so Khan, dass die Militärs selbst den Einsatz dieser Waffe erwägen. Aber sie könnten herausfinden wollen, was ein Gegner damit anstellen kann.

Die Idee eines Weltraumkatapults oder einer Weltraumkanone ist nicht neu. Sie geistert in verschiedenen Varianten seit Jahrzehnten durch die Schubladen. "All diese Konzepte haben immer wieder dasselbe Problem", so Khan, "die höchste Geschwindigkeit wird in den unteren Atmosphärenschichten erreicht, die thermische Belastung ist sehr hoch." Sollte die Technologie dennoch einmal funktionieren, könnten die Startkosten pro Satellit dramatisch vermindert werden, argumentieren die Forscher von LaunchPoint Technologies. Gegenwärtige Raketenstarts kosten mehrere tausend Dollar pro Kilogramm Nutzlast. Mit dem Weltraumkatapult könnte es der Air-Force-Studie zufolge ein Hundertstel davon sein. Freilich ist bei solchen Schätzungen Vorsicht geboten. Mit Hilfe der amerikanischen Spaceshuttles wollte man einst Weltraumgüter für wenige Hundert Dollar pro Kilogramm ins All befördern. Tatsächlich kostet der Transport heute mehr als zehntausend Dollar pro Kilogramm.