Pluto (Marschflugkörper)

Pluto war die Bezeichnung für das amerikanische Forschungsprogramm an einem Marschflugkörper mit nuklearem Staustrahltriebwerk zum Transport von Kernwaffen. Das Projekt der SLAM - Supersonic Low-Altitude Missile - begann 1957 und endete 1964.

Der Name Pluto bezieht sich auf den Römischen Gott der Unterwelt und des Totenreiches. Durch seine sprichwörtliche (und vor allem notwendige) Robustheit bekam er aber von Technikern schnell den Spitznamen "Flying Crowbar" (dt. Fliegendes Brecheisen)

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Hintergrund

Der Pluto-Marschflugkörper stand am Ende des NEPA-(Nuclear Energy for Propulsion of Aircraft)-Projekts der US-Luftwaffe, einen nuklearbetriebenen Bomber zu bauen, der Monate in der Luft bleiben und überall auf der Welt zuschlagen konnte. Probleme ergaben sich dabei vor allem durch das zusätzliche Gewicht der Abschirmung und des Reaktors, welcher das Triebwerk durch einen sekundären Kreislauf antreiben sollte. Auf die Abschirmung konnte bei einem unbemannten Flugkörper verzichtet werden, da keine Besatzung geschützt werden musste, ebenso war ein Sekundärkreislauf zur Regelung des Schubs nicht notwendig. Beides hätte zudem das Gewicht des Flugkörpers zu hoch getrieben.

Die Idee hinter Pluto war, dass ein Kernreaktor über längere Zeit hohe Energiemengen produzieren könnte, um den Marschflugkörper mit einer Geschwindigkeit von Mach 3 eine Reichweite von über 20.000 km im Tiefflug fliegen zu lassen, wobei er feindliches Radar unterfliegen würde. Eine Abwehr wäre nahezu unmöglich gewesen.

Konzept

Im November 1955 beauftragte das Office of Strategic Development die Atomic Energy Commission, die Machbarkeit des Konzepts zu prüfen. Im Oktober 1956 bildeten dann die strategische Lage und die politische Stimmung die Grundlage, dass die US-Luftwaffe ein formelles System Requirement (SR #149) für einen solchen atomgetriebenen Flugkörper formulierte.

Die früheren NEPA-Forschungen an Triebwerken, die durchströmende Luft direkt durch einen Kernreaktor erhitzen, erwiesen sich nun als brauchbar. Das Konzept eines nuklearen Staustrahltriebwerks erschien vielversprechend, da keine beweglichen Teile notwendig würden, die verschleißen können. Damit könnte der Atomreaktor lange Zeit hohe Energiemengen liefern und letztlich eine nahezu unbegrenzte Reichweite möglich werden. Dies setzte wiederum eine hohe Geschwindigkeit voraus, da nur so der Reaktor durch den Luftstrom ausreichend gekühlt würde. Eine Landung oder Wiederverwendung war nicht vorgesehen, vielmehr sollte Pluto nach dem Abwurf der Bombenlast über den Zielen weiter über der UdSSR kreisen, bis er durch Materialermüdung abgestürzt wäre.

Da ein Staustrahltriebwerk keinen Startschub erzeugt, sollte der Start durch drei konventionelle Boosterraketen erfolgen, die nach 30 Sekunden bei genügender Geschwindigkeit und einer Höhe von 35.000 Fuss (10.660 m) abgeworfen würden. Dann sollte Pluto mit dem atomaren Ramjet ins Zielgebiet fliegen.

Statt Tragflächen war bei der hohen Geschwindigkeit lediglich ein dreiblättriges Leitwerk vorgesehen. Wegen der enormen aerodynamischen Belastungen musste die Zelle ganz neu ausgelegt und dafür neue Werkstoffe entwickelt werden.

Wirkung

Schon die bei Mach 3 im Tiefflug entstehende Druckwelle von Pluto wurde mit 162 db^[1] Schalldruckpegel als potenziell tödlich erachtet. Weiterhin hätte Pluto im Flug nicht nur seine Umgebung aufgrund fehlender Abschirmung des Reaktors mit starker Neutronen- und Gammastrahlung verstrahlt, sondern möglicherweise auch die Luft, welche das Triebwerk passierte, mit Radioisotopen verseucht. Der Flugkörper hätte zusammen mit der erzeugten Druckwelle bis zu seinem Ziel eine Spur der Zerstörung gezogen.

Als eigentliche Bewaffnung waren sechzehn H-Bomben von je einer Megatonne TNT Sprengkraft vorgesehen ^[2]. Die Konstrukteure planten, dass Pluto nach dem Abwurf der Bomben auf die programmierten Ziele weiter für Minuten oder Stunden über der UdSSR kreisen sollte, um bis zum Absturz weitere Gebiete durch seinen Überflug zu zerstören oder radioaktiv zu kontaminieren.

Entwicklung

Die Entwicklung begann 1957 am Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien. Hier wurde auch der Reaktor entwickelt und produziert, während die Zelle von der Flugzeugfirma Vought (en) zugeliefert werden sollte.

Die Konstruktion erwies sich als Gratwanderung in den Bereichen Aerodynamik, Thermodynamik und Metallurgie und verlangte die Entwicklung neuer Technologien in verschiedenen Bereichen. Dazu war das Projekt mit einem großzügigen Budget ausgestattet, und zuletzt arbeiteten 180 festangestellte Ingenieure an der SLAM.

Wegen der fehlenden Abschirmung musste ein spezielles Testgelände in der Wüste von Nevada eingerichtet werden. Die Testflüge sollten später über dem Pazifik stattfinden, wo bereits Atombombentests durchgeführt worden waren, eine Strahlenbelastung somit akzeptabel erschien.

Navigation

Eine erste Herausforderung bestand darin, die für Navigation und Steuerung notwendige Elektronik zu entwickeln, die bei der hohen Radioaktivität noch arbeitete; eine Fernsteuerung kam wegen der Störanfälligkeit nicht in Frage. Für die Navigation auf die große Entfernung schienen inertiale Navigationssysteme prinzipiell geeignet, für Pluto mussten diese aber gegen die Strahlung "gehärtet" und durch gasdynamische Lager präziser gemacht werden. Daneben wurde ein ergänzendes System entwickelt, um im Zielgebiet die für den Abwurf mehrerer H-Bomben notwendige Genauigkeit zu erreichen: Die Bilder einer Videokamera wurden dabei mit vorher abgespeicherten Gelände-Kontur-Daten im Flug abgeglichen. Nach ausgiebigen Tests erreichte das 'Fingerprint' genannte System die geforderte Zuverlässigkeit. Als TERCOM (TERrain COntour Matching) wird es bis heute in Marschflugkörpern eingesetzt.

Zelle

Für die Steuerung waren pneumatische Motoren zu konstruieren, die in weißglühendem Zustand noch funktionierten. Die hohe Geschwindigkeit stellte auch neue Anforderungen an Struktur und Werkstoffe der Zelle. Nach Berechnungen der Ingenieure hätte der aerodynamische Druck um das Fünf- bis Achtfache gegenüber dem des Überschall-Experimentalflugzeugs X-15 gelegen. Die Geschwindigkeit von Mach 3 wurde 1962 auch von einer A-12 Oxcart erzielt, auch hier waren neue Werkstoffe und Techniken wie Flüssigkeitskühlung der Zelle entwickelt worden, obwohl das Flugzeug diese Geschwindigkeit nur in der dünnen Luft in 20 km Höhe erzielte - und nicht auf Bodenhöhe wie Pluto.

Triebwerk

  Allein die Triebwerktests verlangten enormen Aufwand, da man einen schnellen Luftstrom brauchte, der aus den genannten Gründen aber nicht im Flug getestet werden konnte. Daher zog man von Livermore zu der Nevada Test Site um, wo auf 21 km² spezielle Anlagen errichtet wurden: Neben 10 km Straßen und einem Fabrikationskomplex wurden 40 km Öl-Pipeline verlegt, die zur Speicherung von 450 t komprimierter Luft notwendig waren. Die Luft wurde auf 500 °C erhitzt und mit einem Druck von 22 bar in den Windkanal geleitet - nur so konnte der Ramjet am Boden getestet werden, da ein passender Turbinen-getriebener Windkanal damals (und bis heute) nicht existierte.

Das „Tory“ genannte Triebwerk musste 1.600 Grad Celsius standhalten, eine Temperatur, bei der alle gängigen Metalle geschmolzen wären. Der Reaktor hatte eine Länge von 163 cm und einen Durchmesser von 145 cm, er war mit 59,9 kg angereichertem Uran bestückt. Die Gratwanderung zeigt sich etwa daran, dass einige Stoffe nur 150 Grad unter ihrer Zündtemperatur betrieben wurden. Auch wurden spezielle Keramikwerkstoffe eingesetzt; allein für den Reaktor waren 465.000 bleistiftgroße, röhrenförmige Brennelemente hochpräzise zu fertigen. Sie wurden zu 27.000 Röhren zusammengesetzt, in denen die durchströmende Luft erhitzt wurde.

Am 14. Mai 1961 lief das weltweit erste nukleare Staustrahltriebwerk „Tory-IIA“, das auf ein Eisenbahngestell montiert war, für ein paar Sekunden. Drei Jahre später brannte das weiterentwickelte „Tory-IIC“ für 292 Sekunden mit der vollen Leistung von 513 MW (ca. 700.000 PS), entsprechend einem Schub von über 156 kN.

Projektabbruch

Trotz dieses erfolgreichen Tests wurde am 1. Juli 1964, sechseinhalb Jahre nach dem Beginn, das "Projekt Pluto" endgültig gestoppt - in der Erklärung des Department of Defense und State Department deklariert als “being too provocative”. So rechnete man auch mit einem sowjetischen, für die USA nicht abfangbaren Gegenstück ^[3]. Das Pentagon beschloss, nur noch auf Interkontinentalraketen zu setzen, die inzwischen einsatzreif waren, ihr Ziel schneller erreichen konnten und keine radioaktive Belastung im Flug und bei Tests erzeugten.

Technische Daten

• Länge: 26,8 m
• Größter Durchmesser: 1,5 m
• Masse: 27.540 kg
• Antrieb: Feststoffraketen als Booster, Marschflug durch nuklearen Ramjet
• Geschwindigkeit: Mach 3,5 in 300 m Flughöhe, bis zu Mach 4,2 in 9.000 m
• Reichweite: 21.300 km in 300 m Flughöhe und bis zu 182.000 km in 9.000 m
• Gefechtskopf: bis zu 26 Wasserstoffbomben unterschiedlicher Sprengkraft

Siehe auch

• NERVA - ein nukleares Raketentriebwerk für die Raumfahrt, 1954 bis 72
• Timberwind - ein Projekt zur Entwicklung eines nuklearen Raketentriebwerks für die Raumfahrt, seit 1992
• Orion-Projekt - Raumfahrtantrieb auf Basis von Atomexplosionen, 1957 bis 65

Quellen

1. ↑ http://www.vought.com/heritage/special/html/sslam1.html
2. ↑ http://www.vought.com/heritage/special/html/sslam5.html
3. ↑ http://www.vought.com/heritage/special/html/sslam4.html