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Zukunftstrends: Hyperschallmissionen und kosmische Strahlenbelastung

Seit 2011 befasst sich das Bauhaus Luftfahrt mit der wachsenden Relevanz der kosmischen Strahlenexposition und mit Synergiepotenzialen für nachhaltiges, strahlungsarmes Fliegen.

Die Reisezeitverkürzung stellt einen Schlüsseltreiber für die Luftfahrtentwicklung dar. Hyperschallkonzepte versprechen direkte Verbindungen über die größten interkontinentalen Distanzen innerhalb weniger Stunden. Erhöhte Geschwindigkeit geht einher mit größerer Flughöhe und oft mit transpolaren Routen. Die Strahlungsintensität nimmt bis 20–25 Kilometer Höhe stark zu und ist maximal an den Polen. Gleichzeitig führt eine kürzere Flugdauer zu geringerer Bestrahlungszeit.

Während die jährliche Exposition von Flugpersonal mit festen Blockstunden bei größeren Flughöhen wächst, kann die Dosis von Vielfliegern durch kürzere Flugzeiten sinken. Ob dies der Fall ist, wird laut einer aktuellen Journalpublikation1 von der Phase im Sonnenzyklus und der Flugroute bestimmt. So ergaben sich in Zeiten geringer solarer Aktivität für Passagiere auf transpolaren Hyperschallrouten ähnliche oder höhere Werte als auf den heutigen Routen. Entgegen der Intuition wächst in Perioden hoher solarer Aktivität die Strahlungsrate schwächer mit der Höhe und geografischen Breite. Hier führte die kürzere Exposition zu einer niedrigeren Dosis auf Hyperschallflügen. Diese könnten jedoch während Sonnenstürmen mit um eine Größenordnung höherer Dosisrate nicht durchgeführt werden, was von wirtschaftlichem Nachteil wäre.

In Vorarbeiten2, 3 ergaben sich für Nanokomposite als Strukturmaterialien und für Wasserstoff als Kraftstoff wesentliche Synergiepotenziale für den Strahlenschutz. Sie könnten genutzt werden, um strahlungsarmes Fliegen bei großer Höhe unabhängig von der solaren Aktivität zu erlauben.

 

1L. Koops, “Cosmic Radiation Exposure of Future Hypersonic Flight Missions”, Radiation Protection Dosimetry (2016)
2A. Sizmann, L. Schrempp-Koops, “Shielding Cosmic Radiation in Air Traffic”, ICAS 2012, Brisbane, Australia (2012)
3L. Schrempp-Koops, “Size Effects on the Efficiency of Neutron Shielding in Nanocomposites – a full-range analysis”, International Journal of Nanoscience, 12 3 (2013)

  • Flugrouten im Vergleich: Geplante, repräsentative Routen mit (teilweise) Hyperschallgeschwindigkeit a), b), d) und entsprechende heutige Vergleichsrouten c), e).Um Lärmbelastung zu vermeiden, verlaufen Hyperschalltrajektorien typisch über großen Wassermassen mit geringer/verschwindender Population, oft in der Polarregion (siehe a) und d)). LAPCAT (Long-term Advanced Propulsion Concepts and Technologies), European Commission, 6th framework (2008)Flugrouten im Vergleich: Geplante, repräsentative Routen mit (teilweise) Hyperschallgeschwindigkeit a), b), d) und entsprechende heutige Vergleichsrouten c), e).Um Lärmbelastung zu vermeiden, verlaufen Hyperschalltrajektorien typisch über großen Wassermassen mit geringer/verschwindender Population, oft in der Polarregion (siehe a) und d)). LAPCAT (Long-term Advanced Propulsion Concepts and Technologies), European Commission, 6th framework (2008)
  • Routendosis – Trade-off zwischen großen Flughöhen und kurzer Flugzeit: 1) Variation der effektiven Dosisrate mit der Höhe, geografischen Position und solaren Aktivität; 2) Flugzeit für die Trajektorien a) und c) (siehe oben); 3) Akkumulierte Dosis auf den Flugtrajektorien a) und c), jeweils für geringe und hohe solare AktivitätRoutendosis – Trade-off zwischen großen Flughöhen und kurzer Flugzeit: 1) Variation der effektiven Dosisrate mit der Höhe, geografischen Position und solaren Aktivität; 2) Flugzeit für die Trajektorien a) und c) (siehe oben); 3) Akkumulierte Dosis auf den Flugtrajektorien a) und c), jeweils für geringe und hohe solare Aktivität