Funkverbindung bei Hyperschall-Jets sichern

Mit Hyperschall-Jets bräuchten Flugreisende von Frankfurt nach New York nur noch eine Stunde. Sowohl die US-amerikanische Raumfahrtagentur NASA als auch Militärentwickler aus China arbeiten an Hyperschall-Flugkörpern, die zwischen 6000 und 12 000 Kilometer pro Stunde zurücklegen können. Doch sowohl zivile Hyperschall-Jets als auch militärische Hyperschall-Raketen sollen ohne Unterbrechung mit einer Bodenstation kommunizieren können. Dieses Ziel wollen nun Forscher aus China mit einer speziellen Antennenstruktur erreichen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Applied Physics Letters“ berichten, könnte mit ihrem Ansatz ein Kommunikations-Blackout – verursacht durch eine Plasma-Wolke aus geladenen Teilchen – verhindert werden.

Dunkles Flugzeug mit dem Schriftzug „NASA“ fliegt durch den wolkigen Himmel.
Testflug von Hyperschall-Jet

Die Funkstille zwischen Flugobjekt und Bodenstation droht besonders bei der Passage durch dichtere Atmosphärenschichten, wenn eine Flughöhe von über 30 Kilometer verlassen wird. Wegen der mehrfachen Schallgeschwindigkeit kann sich um den Flugkörper eine einige Zentimeter dicke Plasmaschicht aufbauen, die elektromagnetische Funkwellen abschirmt. Xiaotian Goa und sein Kollege Binhao Jiang vom Harbin Institute of Technology haben nun eine Idee entwickelt, wie Funksignale diese elektrisch leitfähige Plasmaschicht nicht nur durchdringen, sondern sogar verstärkt werden könnten.

Goa und Jiang simulierten dazu die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen von einer herkömmlichen Antenne durch die Plasmaschicht. In ihrem theoretischen Modell umhüllten sie die Antennen rundum mit einem Mantel, der wie ein Kondensator elektrische Ladungen speichern konnte. Dank dieser zusätzlichen Schicht erreichten sie für Funkwellen mit Frequenzen im unteren Gigahertzbereich Resonanzbedingungen. Die Simulationen zeigten, dass sich dank dieser Resonanz die Funkwellen sogar verstärkt durch die Plasmaschicht ausbreiten und in den freien Luftraum um das Flugobjekt gelangen konnten.

Dieser Ansatz mit einer zusätzlichen Hülle um die Antenne verhindert bisher allerdings nur in der Simulation einen Kommunikations-Blackout. Nun gilt es, ein geeignetes Material für diese Hülle zu finden. Der Verstärkungseffekt der Funksignale könnte dann so stark sein, dass sogar Plasmaschichten mit schwankenden Dicken überwunden werden könnten. Da sich die Entwicklung der Hyperschall-Flugkörper selbst noch in einem frühen Stadium befindet, bleiben den Funkexperten noch viele Jahre Zeit, um ihre Idee in die Praxis umzusetzen.