Rettungskapsel-Design und Integration für das Hyperschallverkehrsflugzeug SpaceLiner

Abstract

Der SpaceLiner ist ein Konzept für ein zweistufiges Hyperschallverkehrsflugzeug, das bis zu 50 Passagiere innerhalb von 90 Minuten von Europa nach Australien transportieren kann. Er besteht aus je einer Booster- und Orbiter-Stufe. Die Boosterstufe beschleunigt den SpaceLiner während der Aufstiegsphase und wird anschließend separiert. Der weitere Reiseflug wird ausschließlich von der Orbiter-Stufe durchgeführt. Zur Erhöhung der Sicherheit werden die Passagiere für den gesamten Flug in einer separaten Rettungskapsel untergebracht. In den bisherigen SpaceLiner-Konzepten ist die Rettungskapsel in die Orbiter-Struktur integriert. Im Falle einer Fehlfunktion oder Störung, die zum Verlust des SpaceLiners führen kann, wird die Kapsel mittels Feststoffmotoren vom Orbiter separiert. In dieser Arbeit werden Rettungskapsel-Konfigurationen sowie deren Integration in den Orbiter untersucht und miteinander verglichen. Das Ziel ist eine Optimierung des Rettungssystems hinsichtlich Komplexität, Masse und Sicherheit. Dazu werden zunächst verschiedene Kapsel-Konzepte und Konfigurationen entworfen und eine Datenbasis zur Durchführung eines Trade-Offs erstellt. Die Datenbasis beinhaltet neben aerodynamischen Daten auch ein Massenmodell sowie eine Analyse und Betrachtung möglicher Kapselabstiegsbahnen nach einer Separation der Kapsel vom Orbiter. Auf Grundlage der Datenbasis werden die verschiedenen Kapselkonfigurationen im Rahmen eines Trade-Offs unter Berücksichtigung von festgelegten Anforderungen bewertet. Im Anschluss an den Trade-Off erfolgt eine Vordimensionierung des Thermalschutzsystems (TPS) der ausgewählten Kapselkonfiguration. Schließlich werden die gewählten Kapselkonfigurationen unter strukturmechanischen Aspekten betrachtet, mit dem Ziel die Kapselstrukturmasse zu minimieren. Dazu werden verschiedene Strukturaufbauten (z.B. Anzahl und Verteilung von Rumpfspanten) erstellt und bewertet. Weiterhin wird der Einsatz alternativer Materialien für die Struktur untersucht. Abschließend wird die nach einem Trade-Off bevorzugte Kapselkonfiguration, unter Berücksichtigung der Ergebnisse der strukturmechanischen Betrachtungen, mit der aktuellen Baseline Konfiguration der SpaceLiner Passagierrettungskapsel verglichen.