Militärtechnik

Rätselraten über Chinas neue Überschall-Deltadrohnen

Als eines der interessantesten Objekte, das bei der Militärparade in Peking anlässlich der Gründung der Volksrepublik jüngst gezeigt wurde, gilt ein deltaförmiges unbemanntes Flugzeug, das Ähnlichkeit mit einem vor langem aufgegebenen geheimen, recht glücklosen US-Projekt hat.

Dreieckig, flach, pechschwarz und irgendwie unheimlich: Als die chinesischen Streitkräfte am 1. Oktober in ihrer größten Parade seit Gründung der Volksrepublik 1949 unter anderem 15.000 Männer und Frauen aufmarschieren ließen, Hunderte Panzer, Artilleriesysteme, Raketen, und darüber mehr als 160 Flugzeuge und Hubschrauber hinwegzogen, waren für viele Beobachter speziell aus Fachkreisen vor allem zwei Dinge äußerst mysteriös: Jene großen, flachen, deltaförmigen Flugobjekte auf Lkw-Tiefladern, die als Drohnen mit Düsentriebwerken identifiziert wurden. Sie firmieren demnach unter dem Namen „Wuzhen 8" (WZ-8) und wurden vom chinesischen TV-Kommentar als „hochfliegende Hochgeschwindigkeits-Aufklärungsdrohnen" bezeichnet.

Sicher hat man auch die anderen Geräte neugierig beobachtet, und Experten und Militärs in vielen Staaten brüten darüber, was man anhand der Fotos und Filme so erkennen kann, welche Eigenschaften und Leistungsparameter die gezeigten Objekte wohl haben könnten - und ob manche nicht bloß Attrappen waren.

Die Chinesen führten unter anderem auch die topmodernen, mobilen Interkontinentalraketen Dongfeng-41 (DF-41) vor; Kurz- bis Mittelstreckenraketen namens DF-17 mit jeweils einem in der Endphase hyperschallschnell fliegenden Gleiter an der Spitze, der Abwehrraketen ausweichen können soll und seit 2014 mehrfach getestet worden sein dürfte - siehe diese Geschichte. Man sah die klobige, unterschallschnelle, im Radar schwer bis unsichtbare Kampfdrohne „Scharfes Schwert", bei der das US-Pendant Lockheed Martin RQ-170 „Sentinel" wohl Vorbild war, und Unterwasserdrohnen von der Gestalt übergroßer Torpedos.

Eine der Delta-Drohnen auf einem SatellitenbildJoseph Dembsey/Twitter/The Aviationist

Dennoch wird besonders über die zwei schwarzen Dreiecke gerätselt und auch in Online-Plattformen debattiert. Dass sie grundsätzlich auftauchen würden, war erwartet worden. Immerhin hatten Beobachter sie Mitte September beim Antransport und bei Proben vor der Parade gesehen, freilich umhüllt mit einer Zeltplane und wohl in nicht komplett montierten Zustand, denn die Dinger waren da noch deutlich schmaler. Und man wusste auch, dass die Chinesen an so etwas arbeiten, denn es gibt Berichte über einen ersten Testflug 2015 sowie Satellitenaufnahmen aus dem Vorjahr, auf denen so ein Dreieck auf einem Flugfeld erkennbar ist.

Großes Grübeln über die Antriebsart

Bei der Parade jedenfalls sah man, dass die WZ-8-Drohnen jeweils zwei Düsen haben und ein ziemlich robust wirkendes, einklappbares  Fahrgestell. Über den Antrieb gibt es keine offiziellen Angaben; die Spekulationen ranken sich um einen „Turbine Based Combined Cycle"-Motor (TBCC): Das ist eine Kombination aus einem Turbinenstrahltriebwerk und einem Ram- oder gar Scramjet-Motor, also Staustrahltriebwerk. Wie Letzteres funktioniert, kann und soll an dieser Stelle nicht erklärt werden, siehe dafür den Anhang ganz unten.

Kombination aus Aufnahmen der DrohnenThe Aviationist, Fan Lingzhi/GT, CCTV, CNN

Das Turbinentriebwerk würde jedenfalls für Geschwindigkeiten im Unterschallbereich sowie im Überschallbereich bis Mach 2 und etwas darüber dienen. Dann sollte das Staustrahltriebwerk zünden und die Drohne auf Mach 4 bis 5, vielleicht gar Mach 8 beschleunigen. Da das Konzept eines TBCC-Antriebs noch dazu vorsieht, dass sich das Turbinentriebwerk direkt in das nachgeschaltete Staustrahltriebwerk „entlädt" bzw. seinen Abgasstrahl dort hineinbläst, könnte Letzteres sogar bei niedrigeren Geschwindigkeiten zünden und würde generell in der Leistung deutlich gesteigert.

Großes Grübeln hat allerdings ausgelöst, dass die Drohnen scheinbar keine Lufteinlässe ausweisen. Dann aber wären die Motoren nicht luftatmend, sondern könnten nur reine Raketenantriebe sein, vermutlich Flüssigkeitsraketen. Ein Beobachter auf der Plattform The Aviationist wies tatsächlich auch darauf hin, dass die Düsenauslässe wie jene von gewöhnlichen flüssigkeitsbetriebenen Raketen aussehen. Damit wäre die Reichweite dieser Drohnen allerdings deutlich begrenzt.

Doch der Verwirrung nicht genug, wollen andere Beobachter wiederum sehr wohl an der Unterseite der Drohnen Lufteinlässe erkannt haben. Sie seien bei der Parade nur geschlossen gewesen:

Ein Beobachter glaubt hier einen teilverschlossenen Lufteinlass zu sehen.The Aviationist

Interessanterweise gibt es eine Skizze der US-Raumfahrtbehörde NASA aus dem Jahr 2007, die erstens diese These decken könnte und zudem eine Konstruktion zeigt, die im Längsschnitt prinzipiell den schwarzen chinesischen Drohnen von Peking sehr nahe kommt:

Nasa-Konzept eines Fluggeräts mit TBCC-AntriebNasa

Man erkennt an der Vorderseite (links) Lufteinlässe für Turbine und Ramjet/Scramjet, und dass der Turbinenantrieb in Letzteren hineinbläst. Im Text zur Grafik heißt es, dass der Staustrahlmotor schon bei Mach 1,5 und unter Umständen schon im hohen Unterschallbereich einsetzen könnte und bei Mach 2,5 jedenfalls komplett übernimmt. Dann seien Mach 5 bis 8 möglich.

Die geheime Überschalldrohne der CIA aus den 1960ern

Dass WZ-8 auch Stealth-Eigenschaften hat, wird angenommen. Und es gibt Indizien, wonach die Drohne in der Luft gestartet werden soll, indem sie an einem Bomber Typ Xian H-6 hängend abgeworfen wird. Es gibt nämlich Übereinstimmungen zwischen Oberflächenmerkmalen der Drohne bezüglich Koppelungsstellen und der Unterseite des Bombers. 

Mögliche Übereinstimmung zwischen Koppelungspunkten am Rumpf eines H6-Bombers und am Rücken einer Drohne.JSF/Twitter

Vom Grundkonzept und dem Äußeren dieser Luftfahrzeuge her werden unterdessen Erinnerungen an ein älteres Geheimprojekt der USA wach: Nämlich an jenes der ebenfalls überschallschnellen und hochfliegenden Spionagedrohne D-21, der allerdings wenig Glück beschieden war.

Die Idee kam im US-Geheimdienst CIA auf, der Anfang der 1960er die Firma Lockheed anregte, so etwas zu bauen, damit man vor allem die UdSSR und China ausspionieren könne, ohne den Abschuss eines bemannten Flugzeugs zu riskieren. 1960 war ja ein (unterschallschneller) U2-Aufklärer in 20 Kilometern Höhe von einer neuartigen sowjetischen Fliegerabwehrrakete (SA-2 Guideline) über dem südlichen Ural abgeschossen worden; der Pilot, Gary Powers (1929-1977), überlebte, wurde gefangen und wegen Spionage zu zehn Jahren Haft verurteilt, aber 1962 im Zuge eines Agentenaustauschs in Berlin freigelassen.

Lockheed bzw. dessen Gruppe für geheime bis futuristische Projekte - „Skunk Works" - entwickelte damals gerade den bemannten Hochgeschwindigkeitsaufklärer A-12 „Oxcart" (3500 km/h, Flughöhe um 30 Kilometer, Reichweite 4500 km), das war der Vorläufer der bekannteren, praktisch formgleichen SR-71 „Blackbird", die ab 1966 flog und Ende der 1990er trotz großer Widerstände außer Dienst gestellt wurde. Skunk Works also bastelte unter dem Programmnamen „Tagboard" eine kleine, unbemannte Form der Oxcart: die besagte Drohne D-21.

D-21-Drohne bei Skunk WorksLockheed

Das D in der Bezeichnung stand dabei für „Daughter" (Tochter), denn die Drohne sollte von einer Oxcart quasi als „Mutterschiff" huckepack in die Nähe des Operationsgebietes gebracht und dort im Flug gestartet werden.

D-21-Drohne auf ihrem Trägerflugzeug, etwa 1966.CIA

Dank der ohnehin schon hohen Geschwindigkeit konnte der einzigartige Ramjet-Antrieb der Drohne, gebaut von der Firma Marquardt, leicht zünden. Der Antrieb, der im Gegensatz zu dem der neuen chinesischen Delta-Drohnen leicht zu sehen ist, erreichte allerdings keine besonders darüber hinaus erhöhte Geschwindigkeit. Die Drohne würde mit gut 3600 km/h in rund 30 km Höhe einem programmierten Kurs folgen, mit einer Kamera fotografieren und bei einer Flugweite von bis zu etwa 5500 Kilometern am Ende eine gesicherte Zone über dem Meer ansteuern. Dort sollte die Kamera per Fallschirm abgeworfen und von einem Spezialflugzeug in der Luft abgefangen oder von Schiffen oder U-Booten aus dem Meer geborgen werden. Die Drohne würde sich selbst zerstören.

D-21 im Nationalmuseum der US Air Force, Ohio. Wegen der Perspektive sieht sie eher klein aus..US Air Force

Die Geschichte der D-21 verlief indes wie erwähnt durchwachsen. 1966 gab es drei Flugtests, bei denen je eine Drohne von ihrem Trägerflugzeug abhob, aber sie schafften die geplante Flugdistanz nicht oder konnten die Kamera nicht abwerfen.

Katastrophaler Unfall 1966

Beim vierten Versuch im Juli 1966 gab es eine Katastrophe: Gleich nach dem Ausklinken bei mehr als 3000 km/h prallte die Drohne an dem vom Oxcart-Trägerflugzeug erzeugten Stoßwellenkegel ab, krachte von oben in es hinein, drückte dessen Rumpf gegen die Flugrichtung hoch und zerschnitt ihn. Beide Maschinen zerbrachen. Der Unfall (siehe hier zeitgenössische Bilder) wurde von einer SR-71 Blackbird aus gefilmt:

Der Pilot und der Drohnen-Kontrolloffizier der Oxcart konnten zwar nach einem brutalen Sturzflug tatsächlich per Schleudersitz aussteigen und im Meer landen. Der Dohnenkontrolloffizier, Ray Torick, ertrank allerdings, weil sein Spezialanzug sich mit Wasser füllte und unter die Oberfläche sank, seine Leiche wurde geborgen. Als Ursache wird erzählt, dass Torick versehentlich oder wegen einer Kurzschlusshandlung das Helmvisier geöffnet habe und Wasser eindrang; laut einer anderen Überlieferung war der Anzug durch Splitter aufgerissen und daher undicht

Nach dem Unfall sattelte man auf riesige, unterschallschnelle B-52-Stratofortress-Bomber als Träger der Drohnen ein, die nun unterhalb der Tragflächen an Pylonen hingen und dort gestartet wurden. Booster-Raketen beschleunigten die Drohnen nach dem Ausklinken auf die nötige Geschwindigkeit zur Zündung des Ramjets.

B-52 mit zwei Drohnen unter den FlügelnUS Air Force/CIA

Vier Flüge gegen Chinas Atomtestgebiet

Bis 1969 soll es mit dieser Kombo zwölf Testflüge gegeben haben, wovon acht mehr oder weniger fehlschlugen. Dennoch beschlossen CIA und Luftwaffe vier geheime operative Einsätze, die sich unter dem Code „Senior Bowl" gegen China richteten. Ziel war das Atomtestgelände Lop Nor in der Inneren Mongolei im Nordwesten Chinas. Die B-52 starteten von der Insel Guam im Westpazifik und klinkten die D-21 in sicherer Entfernung vor der Küste Chinas aus. Die Aufklärer sollten einen Rundkurs fliegen und in der Startregion wieder geborgen werden.

Die vier Einsätze fanden zwischen November 1969 und März 1971 statt, und wie es heißt, bekamen die Chinesen davon im Radar zumindest in drei Fällen, vielleicht in allen vier nichts mit.

Allerdings flog die erste Drohne von Lop Nor gleich einmal einfach weiter und justament hinüber in die Sowjetunion. Was damals passierte, wurde erst 1986 bekannt, als ein Agent des KGB einem CIA-Mann die Sache erzählte und sogar ein Bauteil überreichte. Demnach war der Drohne der Treibstoff ausgegangen, die Selbstzerstörung funktionierte nicht und das Gerät fiel relativ sanft in die Steppe Kasachstans, denn es wurde nicht sehr schwer beschädigt. Ein Hirte fand die Maschine, Militärs bargen sie.

Absturz in der Sowjetunion...

Das Luftfahrtbüro Tupolew erhielt von der Regierung den Auftrag, die Drohne zu analysieren und als „Woron" (Rabe) nachzubauen. Man hat dann auch einige Jahre daran gewerkt und wichtige technische Inputs bekommen, aber eine Woron kam nie zustande, denn letztlich erschien es zu aufwendig - und Aufklärungssatelliten wurden als in vieler Hinsicht schon effektiver angesehen.

Material von Tupolew über die "Voron" (Rabe)avia-pro.net/blog/tupolev-voron

Bei der zweiten D-21-Mission (Dezember 1970) kehrte die Drohne von Lop Nor tatsächlich zum Bergungsgebiet zurück und warf Kamera und Datenträger ab, aber deren Fallschirm öffnete sich nicht und die wertvollen Teile versanken im Meer.

Bei Mission drei im März 1971 ging der Fallschirm zwar auf, aber das Abfangen in der Luft schlug fehl. Das Kamerasystem trieb danach zwar sichtbar im Wasser, doch schlug das Unglück erneut zu, denn der Zerstörer, der es bergen sollte, fuhr drüber hinweg und es versank.

... und auch über China.

Ziemlich peinlich und womöglich folgenschwer war der vierte und letzte Einsatz im März 1971: Diesmal stürzte die Drohne beim Rückflug über der chinesischen Provinz Yunnan im Grenzraum zu Birma und Vietnam in waldiges Gebiet und wurde gefunden.

Hier gibt es nun Gerüchte, die Chinesen könnten sie im Radar gesehen und sogar beschossen haben. Ein chinesischer General wird allerdings mit den Worten zitiert, die Drohne sei einfach von selbst heruntergekommen und dabei beobachtet worden. Man barg und analysierte sie. Einige Autoren glauben, das sei Chinas Luftfahrttechnik ziemlich förderlich gewesen. Jedenfalls fand das Wrack viele Jahre später (angeblich 2010) seinen Weg ins Nationale Luftfahrtmuseum nahe Peking, davon zeugen allerhand Fotos.

Rest der D-21 im Nationalen Luftfahrtmuseum Chinas, Aufnahme von 2012.Flickr/Simon G

Noch 1971 wurde das D-21-Programm eingestellt, nachdem 38 Stück gebaut worden waren. Gründe waren die hohen Verluste und Fortschritte bei Spionagesatelliten. Von den 38 blieben 17 übrig, die das Militär erst auf Luftwaffenbasen lagerte und Ende der 70er zumindest zum größten Teil auf den berühmten „Friedhof der Flugzeuge" bei Tucson (Arizona) überstellte. Viele Jahre später erkannten Luftfahrtfreaks dort bzw. in einem angeschlossenen Museum die Drohnen und publizierten darüber.

Einfach so in der Wüste: D-21 bei Tucson/Arizona, Ende 2009.Tom Demerly/TheAviationist

Mittlerweile sind die meisten der noch vorhandenen Geräte in Museen oder Einrichtungen der US-Luftwaffe ausgestellt.

Man könne mit Recht sagen, dass die in Peking aufgetauchten Dreiecks-Drohnen den Vorgängern aus den USA stark ähneln, sagen Luftfahrtexperten. Sie seien allerdings erstens schon offensichtlich und zweitens angesichts der vielen Jahrzehnte dazwischen sicher keine bloßen Kopien der DS-21.

Ist das heute noch sinnvoll?

Daher kann man auch gut über Funktionstüchtigkeit und Nutzen der jetzigen chinesischen Modelle sinnieren. Die Erfahrungen der Amerikaner waren ja seinerzeit schlecht und die Leistungen von Satelliten sind seit den 1970ern weiter enorm gewachsen, sodass sich schon eine Sinnfrage stellt. Wegen des gigantischen technischen Fortschritts seit den Einsatzjahren der US-Modelle allein schon bei Elektronik, Antriebstechnik und Materialwissenschaft ist es allerdings leicht möglich, dass die Maschinen der Chinesen heute wirklich funktionieren und in militärische und geheimdienstliche Operationen sinnvoll eingebettet werden können.

Schließlich sind Aufklärungssatelliten auch nicht immer gerade dort, wo man sie braucht - speziell, wenn die Lage akut ist und nach dringenden Informationen verlangt. Solche über- bis hyperschallschnellen Stealthdrohnen würden jedenfalls das Spektrum vorhandener Aufklärungsmittel insbesondere im taktischen Kontext erweitern.

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Lexikon: Staustrahltriebwerke

Die technische Basis solcher Flugzeugmotoren ist von der Idee her mehr als 100 Jahre alt und theoretisch sehr simpel. Das Prinzip des Staustrahltriebwerks (weil sich die Luft im Rohr durch ihre eigene Strömung staut) hat erstmals der Franzose René Lorin 1913 beschrieben. Im Grunde ist es nur ein Rohr, in das Brennstoff gespritzt wird, der sich mit Luft vermischt, verbrennt, und wie bei jedem normalen Düsentriebwerk damit Schub erzeugt.

Im Gegensatz zur gewöhnlichen Flugzeugturbine sind aber keine beweglichen Teile im Rohr - vor allem nicht jene rotierenden Verdichterschaufeln, die Luft ansaugen, komprimieren und so Verbrennung und Rückstoß erst richtig „anheizen", vor allem beim Start und bei niedrigen Geschwindigkeiten. Die Kompression der Luft im Staustrahlmotor wird vielmehr nur dadurch bewirkt, dass sie von vornhinein schon schnell ins Rohr strömt.

Das setzt natürlich voraus, dass man dieses Rohr erst einmal durch eine externe Starthilfe beschleunigen muss, bis es im Inneren so richtig zünden kann. Als „Sprunggeschwindigkeit" sollten mindestens 2000 km/h erreicht werden, ab dann kann das Staustrahltriebwerk sich selbst beschleunigen. Ein Start aus dem Ruhezustand ist ohne fremde Hilfe jedenfalls unmöglich.

Man unterscheidet heute „Ramjet" und „Scramjet": Bei ersterem Typ wird die einströmende Luft unabhängig von der Geschwindigkeit des Flugkörpers auf Unterschallgeschwindigkeit gebremst und mit Treibstoff vermischt, weil effektive Verbrennung bei Unterschallgeschwindigkeit noch einfach ist. Der austretende Abgasstrahl aber bringt einen Ramjet durchaus bis auf etwa Mach 7.

Beim Scramjet rast die Luft hingegen fast ungebremst durch. Die Verbrennung von Luft und Treibstoff muss also bei Überschallbedingungen erfolgen, was extrem schwierig und wenig effektiv ist: Immerhin sind die Luftmoleküle nur Bruchteile von Millisekunden in der Röhre; um sie mit Treibstoff zu mischen und reagieren zu lassen, bleibt fast null Zeit. Scramjets werden auch viel heißer als Ramjets, können aber viel schneller sein, mehr als Mach 10, ja Mach 15.

Wegen der enormen Belastung im Triebwerk und der großen Hitze sind Staustrahltriebwerke doch sehr schwer zu bauen und fanden bisher wenig Anwendung, etwa bei manchen Luftabwehrraketen und beim US-Spionageflugzeug SR-71 „Blackbird". Ein Scramjet-Flug gelang erst 2002 australischen Ingenieuren.