„Kampfjets müssen schnell sein und im Allwettermodus zuverlässig funktionieren“

Weltweit werden Kampfflugzeuge heute mit Kerosin betrieben. Denn die hohe Energiedichte des fossilen Kraftstoffes macht es möglich, die speziellen Anforderungen des Militärs an Luftfahrzeuge zu erfüllen. Aber wird es zukünftig auch alternative, ressourcenschonende Antriebe für Kampfflugzeuge geben? Kommt irgendwann der elektrohybride Jagdbomber?

Der fortschreitende Klimawandel erfordert eine konsequente Energiewende. Mit dem Grundsatzbeschluss zur deutschen Nachhaltigkeitsstrategie von 2022 bekennt sich die Bundesregierung zur Agenda 2030 der Vereinten Nationen. Folglich muss auch die Bundeswehr ihre Kohlendioxid-Emissionen reduzieren. Damit wird nicht zuletzt in der militärischen Luftfahrt ein Umdenken nötig. 

Bislang nutzt die Bundeswehr mit Kerosin einen fossilen Energieträger für den Betrieb ihrer Kampfflugzeuge. Dem herkömmlich aus Erdöl produzierten Kerosin kann dabei auch Biokraftstoff beigemischt werden. Das verbessert die Umweltbilanz, ist aber umstritten. Denn Biomasse ist begrenzt und die für Biosprit genutzten Anbauflächen stehen nicht mehr zur Produktion von Lebensmitteln zur Verfügung. Angesichts der rasant wachsenden Weltbevölkerung ist das mehr als nur ein theoretisches Problem.

Verteidigungsfähigkeit geht vor Umweltschutz

Wird sich also absehbar etwas an der Nutzung von Kerosin ändern? Experten sind da eher skeptisch. Denn der Kernauftrag der Truppe, die Verteidigungsfähigkeit, darf nicht beeinträchtigt werden. Alternativen Antrieben bei Flugzeugen aber fehlt es bislang an der vom Militär geforderten Leistungsfähigkeit. 

Oberstleutnant René H.* ist Luftwaffenoffizier und Physiker. Seit Jahren wird er im NATO-Hauptquartier eingesetzt. H. hat sich schon häufiger mit der Frage auseinandergesetzt, welche alternativen Antriebe das fossile Zeitalter im Flugwesen ablösen könnten. Wird es elektrohybride Antriebe oder Flugzeuge mit Brennstoffzellen geben? Sind Biokraftstoffe die Lösung oder könnten womöglich Segelflugzeuge eine Rolle spielen?

Zusammengefasst lautet H.s Fazit: Herkömmliche Triebwerke werden auf absehbare Zeit das Maß der Dinge in der militärischen Luftfahrt bleiben. Aber sie dürften zunehmend mit so genannten Sustainable Aviation Fuels (SAFSustainable Aviation Fuel), also nachhaltig gewonnenen Kraftstoffen betrieben werden. Diese bestehen je zur Hälfte aus fossilem und erneuerbarem Treibstoff. Letzterer kann etwa aus Biomasse oder synthetisch durch Aufkettung von Kohlenstoff aus dem Kohlendioxid der Luft mit Wasserstoff gewonnen werden. 

Diese SAFSustainable Aviation Fuel dürfen bereits heute verwendet werden, denn die Kampfflugzeuge der Luftwaffe sind dafür zertifiziert. Behutsam streicht der Oberstleutnant dabei über den polierten Rumpf eines teilmontierten Segelflugzeugs Stemme S10. Der Flugzeugkonstrukteur Stemme hat seinen Sitz auf dem Gelände des Verkehrsflugplatzes von Schönhagen bei Berlin. Beileibe kein Riesenbetrieb, eine Werkhalle nur. Etwa zwei Dutzend Mitarbeitende sind hier beschäftigt, die Fertigung läuft sozusagen von Hand.

Oberstleutnant H. ist selbst ein erfahrener Segelflieger. Er hat die S10 schon oft geflogen und schwärmt von ihren Flugeigenschaften. Das elegante Segelflugzeug war bereits 2014 als Forschungsträgerplattform zur vernetzten Operationsführung für das Planungsamt der Bundeswehr über Helgoland im Einsatz. Es ermöglichte, ein präzises, hochauflösendes 3-D-Modell der Insel zu erzeugen. 

Abseits seines Dienstes bei der Bundeswehr leitete H. fliegerisch anspruchsvolle wissenschaftliche Messkampagnen, wo die Stemme bei stürmischen Föhnwinden der Anden ohne Motor bis zum unteren Rand der Stratosphäre auf etwa 12.500 Meter flog. Im Himalaja gelang mit dem Motorsegler 2014 erstmalig der Überflug der Gletschergebiete des Mount Everest sowie die Vermessung des höchsten Berges der Erde.

Luftfahrtpionier aus der Hauptstadt

Reiner Stemme hat das Wunderflugzeug konstruiert. Stemme ist ein schlanker Herr mit blauen Augen und weißem Schopf, inzwischen 84 Jahre alt und könnte längst im Ruhestand sein. „Aber das ist nichts für mich“, sagt er lächelnd. Keine Zeit, zu viel Arbeit. Stemme hat in den Sechzigerjahren an der TUTechnische Universität Berlin studiert. Jahrelang war der promovierte Physiker nach dem Studium in der Wirtschaft tätig, aber sein Herz gehörte seit Jugendtagen dem Segelflug. 

Und Stemme wollte ein perfektes Segelflugzeug bauen. Eines, das mit allen Gegebenheiten sowie den Widrigkeiten des Wetters klarkommt. „Du musst dich entscheiden“, habe seine Frau damals gesagt „Selber fliegen oder konstruieren.“ Sie sollte recht behalten. An die 1.000 Flugstunden sind bei ihm über die Jahrzehnte im Flugbuch zusammengekommen. Aber die Stunden am Reißbrett oder später am Computer hat er nie gezählt.

1984 gründet Stemme im geteilten Berlin eine Firma und konstruiert seinen Traum, die Stemme S10, einen Motorsegler mit 23 Meter Spannweite, der 1989 zugelassen wurde und bis heute gebaut wird. Patentierter Clou der Konstruktion ist eine versenkbar zusammengefaltete Luftschraube in der Flugzeugnase, die sich während des Fluges mit wenigen Handbewegungen aus- oder einfahren lässt. So kann der Motorsegler vielerorts nicht nur eigenständig starten, sondern selbst Vortrieb und eine beachtliche Reisegeschwindigkeit von über 200 Kilometer pro Stunde entwickeln. Damit ist die Maschine nicht nur von günstigen Aufwinden abhängig.

Segelflugzeuge eignen sich für Fernaufklärung

Dennoch sei die konventionelle Segelfliegerei nur bedingt für militärische Zwecke brauchbar, sagt Stemme. „Die meisten Segelflugzeuge sind für den Luftsport ausgelegt und nicht dazu, viele Menschen oder große Lasten bei hoher Marschgeschwindigkeit zu transportieren.“ Der militärische Gebrauchswert von Segelflugzeugen beschränke sich deshalb auf einige Nischen. Fernaufklärungsflugzeuge, die eine hohe Reichweite und Verweildauer in der Luft benötigen, sind so eine Nische. 

Stemme hat vor Jahren in Zusammenarbeit mit einem französischen Konzern eine Aufklärungsdrohne entwickelt, die inzwischen als Safran Patroller vom französischen Heer in dessen Einsatzgebieten operativ eingesetzt wird. „Wir haben auf Basis unserer Stemme S15 das Flugzeug entwickelt, die Franzosen die Beobachtungstechnik. Diese Maschine funktioniert im Dual Mode und kann manuell geflogen oder als Drohne gesteuert werden“, so Stemme.

Aber für Passagierflugzeuge oder den kommerziellen Güterlufttransport bringen selbst die innovativsten Ansätze des Segelflugzeugbaus derzeit keine Lösungen. „Hier wird synthetisch erzeugter Treibstoff in großer Menge die wichtigste Rolle spielen“, ist auch Stemme überzeugt. „Elektrisch-batteriebetriebene Antriebe funktionieren in Flugzeugen zwar heute schon. Aber sie sind nicht für größere Reichweiten geeignet. Auch nicht in der Version als Motorsegler. Bei etwa 500 Kilometern ist derzeit Schluss.“ 

Ursache sei die aktuell erreichbare Speicherkapazität der Batterien im Verhältnis zu ihrem Gewicht, also die Energiedichte. „Da ist die Ausbeute einfach noch zu gering“, erklärt der Physiker. Selbst mit den erwartbaren technologischen Fortschritten des nächsten Jahrzehntes bleibt es schwierig.

Absehbar keine Lösung: Wasserstoff oder Elektroantrieb

„Möglicherweise gelingt es irgendwann, Wasserstoff als Energieträger zu nutzen“, meint Stemme.  „Aber bis dahin bleibt synthetisch erzeugter Kraftstoff das Optimum.“ Wenn dieser klimaneutral produziert werden könne, sei er aufgrund seiner hohen Energiedichte in der Luftfahrt nicht zu schlagen. 

Ein weiterer wichtiger Aspekt: Bei Nutzung nachhaltig gewonnener Treibstoffe könnte die heute vorhandene und bewährte Logistik weitergenutzt werden – vor allem in entlegenen Gebieten mit begrenzter Infrastruktur. Das betreffe die Flugzeugflotten der Airlines ebenso wie die Infrastrukturen an zahllosen Flughäfen weltweit. „Treibstofftanks und Spritleitungen, Tankfahrzeuge und dergleichen mehr. All das sind gewichtige ökonomische Argumente in der Luftfahrt und beim Militär.“

Für eine grüne Zukunft der kommerziellen Luftfahrt gebe es allerdings auch einige konstruktive Ansätze, die es zu verfolgen lohne, ergänzt H. Der Knackpunkt sei das Gewicht. So sei künftig der Rückgriff auf Propellertriebwerke in bestimmten Sparten wahrscheinlich, weil Düsentriebwerke extrem viel Sprit benötigten. „Damit lässt sich der Treibstoffverbrauch um rund 30 Prozent reduzieren.“ Mit optimaler Aerodynamik könnten weitere 20 Prozent Energie eingespart werden. Und schließlich könne über Leichtbauvarianten Gewicht reduziert werden. „Karbon ist dabei das Material der Zukunft.“

Kampfjets brauchen synthetischen Kraftstoff

Für die konventionelle militärische Luftfahrt sieht H. auf absehbare Zeit hingegen kaum Einsparpotenzial. „Kampfjets müssen schnell sein, bis an die Stratosphäre steigen und eine entsprechende Bewaffnung mit hoher Last tragen können. Außerdem müssen sie unbedingt zuverlässig im Allwettermodus funktionieren. Unter diesen Gesichtspunkten führt aktuell kein Weg an Düsentriebwerken vorbei.“ Diese aber könnten problemlos mit Sustainable Aviation Fuels betankt werden.

*Name zum Schutz des Soldaten abgekürzt.

von Markus Tiedke