Tarnkappenflugzeuge haben immer noch ein sehr sichtbares Problem: Kondensstreifen

Wissenschaftler haben noch nicht herausgefunden, wie man Flugzeuge daran hindern kann, diese Wasserdampfspuren in großer Höhe zu erzeugen.

Online-Militärforen wie SecretProjects gerieten letztes Jahr in Aufregung wegen eines körnigen, undeutlichen Bildes eines Flugzeugs. Die einfache digitale Verbesserung zeigte ein Fledermausflügelflugzeug, das sich von allen bekannten US-Militärflugzeugen unterscheidet und sich als Silhouette vor dem blauen Himmel abhebt. Die Verteidigungsmedien waren sich einig, dass es sich bei diesem mysteriösen Fluggerät um eine streng geheime RQ-180-Stealth-Drohne handeln muss, die für Spionagemissionen in den sensibelsten Gebieten eingesetzt wird – wie dem Iran, anderen Teilen des Nahen Ostens und Gebieten in der Nähe von China.

Es war das zweite von drei solchen Fotos, die in den letzten Jahren entstanden sind. Alle drei Flugzeuge zeichneten sich durch die gleiche ausgesprochen unheimliche Funktion aus.

„Ich hörte einen schwachen Fluglärm und bemerkte einen Kondensstreifen direkt über uns“, sagte Jörg Arnu, der Zeuge des dritten mysteriösen Flugzeugs war, gegenüber The Drive, einer Website, die sich auf Automobilkultur und militärische Themen konzentriert.

Dieser Kondensstreifen – eine wolkenartige Spur aus Wasserdampf, die von Flugzeugen in großer Höhe erzeugt wird – führte sie direkt zum mysteriösen Flugzeug, wie ein langer, weißer Pfeil, der sagt: „Hier bin ich.“

„Es ist das heimliche Äquivalent, als würde man mit Toilettenpapier hinter dem Schuh aus der Toilette gehen“, sagt Scott Lowe, ein Fotograf, der ein seltenes Bild eines U-2-Spionageflugzeugs aufnahm, nachdem er Anfang letzten Jahres dessen Kondensstreifen bemerkt hatte.

Die Stealth-Technologie reduzierte die Radar- und Infrarotsignaturen von Flugzeugen, die die Luftverteidigung auf ihre Anwesenheit aufmerksam machten, drastisch. Früher wurden Flugzeuge meist aus großer Entfernung per Radar erfasst. Ingenieure haben außerdem verschiedene Techniken entwickelt, um Kondensstreifen vollständig zu beseitigen. Warum lassen einige angeblich „geheime“ Flugzeuge sie immer noch zurück?

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Kondensstreifen (oder Kondensstreifen) sind aus demselben Grund sichtbar wie Ihr Atem oder die Autoabgase an einem kalten Tag. Warme, feuchtigkeitshaltige Luft vermischt sich mit kalter, trockener Luft und es entsteht Kondenswasser. Bei Kondensstreifen entsteht das Kondenswasser in Form winziger Eiskristalle. Diese bilden sich um winzige Partikel, hauptsächlich Ruß, im Motorabgas.

Kondensstreifen wurden zum ersten Mal im Zweiten Weltkrieg zu einem Problem, als die massiven Bomberformationen der US Army Air Forces breite Kondensstreifenstreifen am Himmel hinterließen. Deutsche Kampfflugzeuge konnten die Kondensstreifen schon aus mehreren Kilometern Entfernung sehen, lange bevor die Flugzeuge selbst sichtbar waren, und lernten, sie gezielt anzuvisieren, um sie abzufangen.

Technische Experten entwickelten „Spreu“, bestehend aus winzigen Metallstreifen, die als reflektierende Wolken hinter ihnen eingesetzt werden konnten. Es half dabei, das deutsche Radar zu blenden, aber die Kondensstreifen blieben weiterhin sichtbar. Dies machte nächtliche Razzien zur bevorzugten Option. Nach dem Krieg ersetzten Jets Kolbenmotoren; Leider hinterließen sie noch deutlichere Kondensstreifen.

Piloten stellten bald fest, dass Kondensstreifen häufig durch eine geringfügige Höhenänderung beseitigt werden konnten, obwohl die wissenschaftliche Grundlage dafür erst in den 1950er Jahren vollständig verstanden wurde.

„Theoretisch wird es ein paar tausend Fuß über Ihnen immer trockenere Luft geben“, sagt Adam Durant, CEO von SATAVIA, einem Hersteller von Kondensstreifen-Modellierungs- und Vorhersagesoftware. Dies macht es im Allgemeinen einfacher, eine Ebene zu finden, in der sich keine Kondensstreifen bilden.

Das Problem bestand darin, dass Piloten das Hinterlassen eines Kondensstreifens manchmal erst bemerkten, als es zu spät war und die Sicht hinter ihnen eingeschränkt war. Für die Piloten der U-2-Spionageflugzeuge der CIA, die über sowjetisches Territorium flogen, war dies buchstäblich eine Frage von Leben und Tod. Die Piloten fanden bald eine einfache Lösung: Statten Sie das Flugzeug mit einem Rückspiegel außerhalb des Cockpits aus, um einen Blick hinter das Flugzeug zu ermöglichen.

Die Tests wurden mit „Article 349“ durchgeführt, einem U-2, der speziell für den Test verschiedener Tarntechnologien modifiziert wurde, darunter die frühe Radarabsorptionsfarbe „Black Velvet“ und ein Rückspiegel. Einzelheiten des Projekts von 1958 wurden erst 2003 veröffentlicht, und selbst dann wurden die Berichte redigiert, aber es ist offensichtlich, dass die U-2-Hersteller Lockheed und die Air Force an der Bewertung beteiligt waren.

„Die Operation ist der Ansicht, dass diese Installation ein wertvolles Gut ist“, heißt es in der CIA-Bewertung zu „Rear View Mirror“. „Der Bedarf wird im Laufe der Zeit zunehmen, basierend auf Schätzungen der künftigen russischen Abfangfähigkeiten.“

Tests zeigten, dass der Pilot einen Kondensstreifen sehen konnte, wenn dieser weniger als eine Meile lang war; Man hoffte, dass es auch nützlich sein könnte, um abfangende Jäger aufzuspüren. Der Außenrückspiegel gehörte zur Standardausrüstung und wurde in vielen nachfolgenden Versionen des U-2 eingebaut.

Unterdessen suchten die Ingenieure der Luftwaffe nach Lösungen, bei denen das Flugzeug seine Flugbahn nicht ändern musste. Sie konzentrierten sich auf die Partikel im Abgas, um die herum sich Wassertröpfchen bilden.

„Die Anzahl der Eiskristalle hängt stark von der Anzahl der Rußpartikel ab. Wenn wir sie reduzieren würden, würde das den Kondensstreifen reduzieren“, sagt Dr. Marc Stettler, Experte für Verkehrsemissionen am University College in London.

Die Forscher fanden heraus, dass einer der Hauptverursacher Schwefeltrioxid war, das bei der Verbrennung von Schwefel im Kraftstoff entstand, und versuchten daher Kraftstoffmischungen mit niedrigem Schwefelgehalt. Letztendlich war die Wirkung nicht ausreichend, die Forschung wurde jedoch noch einige Jahre fortgesetzt.

Dieselbe Untersuchung ergab, dass es möglicherweise eine andere Möglichkeit gibt, Kondensstreifen durch eine Änderung des Kraftstoffs zu bekämpfen. Anstatt die Bildung eines Kondensstreifens durch Schwefelreduzierung zu verhindern, erhöhten sie die Schwefelmenge, sodass sich noch mehr Partikel im Abgas befanden. Die Idee war, dass dadurch die Größe der Tröpfchen im Kondensstreifen verändert würde, um ihn unsichtbar zu machen.

Laut einer Studie der US-Luftwaffe aus dem Jahr 1962 würde der Kondensstreifen als blauer Dunst und nicht als weiße Spur erscheinen, wenn die Partikelgröße auf weniger als einen halben Mikrometer reduziert werden könnte: „Aus jeder Entfernung wäre dieser blaue Dunst im Wesentlichen unsichtbar der fehlende Kontrast zur Atmosphäre.“

Die Forscher gingen dazu über, Schwefeldioxid direkt in den Lufteinlass zu blasen, aber auch das reichte nicht aus. Dr. Roger Teoh, der am Imperial College in London die Auswirkungen der Luftfahrt auf den Klimawandel untersucht, sagt, dass selbst ein enormer Anstieg des Schwefelgehalts nicht den gewünschten Effekt hatte. „Die Zugabe großer Schwefelmengen führte nur zu einer sehr geringen Verringerung der Kondensstreifenbildung; und es könnte unbeabsichtigte Folgen haben“, sagt Teoh.

Bis 1961 hatte die Luftwaffe etwas Erstaunliches erreicht. Fotos einer Demonstration mit einem viermotorigen B-47-Stratojet-Bomber zeigen, wie die Triebwerke auf der einen Seite wie üblich einen normalen Kondensstreifen hinterlassen, auf der anderen Seite ist jedoch nichts zu sehen. Der Bomber war mit einem neuen System ausgestattet, das Chlorsulfonsäure in die Abgase einspritzte. Dadurch wurde erreicht, was die Experimente mit Schwefel nicht geschafft hatten: die Erzeugung eines Kondensstreifens mit winzigen Partikeln, die zu klein waren, um gesehen zu werden.

Die Technik war äußerst effektiv, aber die Ausrüstung zur Kondensstreifenunterdrückung erhöhte das Gewicht des Bombers um 400 Pfund und reduzierte die Bombenlast. Darüber hinaus benötigte das Flugzeug einen Vorrat an Kondensstreifen-Unterdrückungschemikalien in Höhe von etwa zwei Prozent des Treibstoffs, wodurch möglicherweise weitere 2.000 Pfund hinzukamen.

Während es keine Aufzeichnungen darüber gibt, dass die Technologie in Bombern eingesetzt wird, wurde das „No-Con“-System in Ryan Firebee-Drohnen eingebaut, die Aufklärungsmissionen über Vietnam und China flogen. Diese kleinen und schnellen düsengetriebenen Drohnen entzogen sich normalerweise der Beobachtung, wurden aber manchmal durch ihre Kondensstreifen verraten.

Mit dem Säureinjektionssystem gelang es zwar, die kleinen Drohnen unsichtbar zu machen, es war aber aus anderen Gründen unbeliebt. Chlorsulfonsäure ist äußerst ätzend, schädigt Motoren und verkürzt deren Fluglebensdauer. Es ist außerdem hochgiftig und gefährlich für das Bodenpersonal.

Als der B-2 Spirit-Bomber Ende der 80er Jahre entwickelt wurde, war er zunächst mit einem Chlorsulfonsäure-Einspritzsystem ähnlich dem der Firebees ausgestattet. Aus Gründen, die nie bekannt gegeben wurden, wurde davon jedoch nie Gebrauch gemacht.

Das Motiv könnte umweltbedingt gewesen sein; Es wuchs das Bewusstsein, dass das heimliche Versprühen hochgiftiger Chemikalien aus Flugzeugen Kritik hervorrufen könnte. Dies geschah bereits vor dem Aufkommen der „Chemtrail“-Verschwörungstheorien in den 90er Jahren, die der US-Regierung vorwarfen, aus Flugzeugen mysteriöse Chemikalien zu versprühen, die langanhaltende Kondensstreifen hinterließen. Es gibt keine Beweise dafür, dass diese Theorie mit der eigentlichen Kondensstreifenforschung zusammenhing, deren einziges Ziel darin bestand, die Bildung solcher Spuren zu verhindern.

Luftwaffenminister Edward Aldridge verriet auf einer Pressekonferenz 1989 zur B-2, dass eine alternative Lösung gefunden worden sei, ließ die Journalisten jedoch darüber im Unklaren, was die neue Technologie sei. „Das Kondensstreifenproblem wurde gelöst, aber ich werde Ihnen nicht sagen, wie“, sagte Aldridge.

Es gab viele Spekulationen darüber, dass die Lösung entweder ein neuer Kraftstoffzusatz oder ein System von Leitblechen wäre, um kalte Luft mit den Abgasen zu mischen (siehe unten).

Der heimliche Kondensstreifen-Spion Noshir Gowadia war ein Ingenieur, der an der komplexen Abgasanlage der getarnten B-2 arbeitete. Sein Entwurf trug dazu bei, dass kalte Luft mit den heißen Abgasen gemischt wurde, bevor diese das Flugzeug verließen, um die thermische Spur des Flugzeugs zu verdünnen und es schwieriger zu machen, es mit Infrarotbildern zu erkennen. Gowadia nutzte sein Fachwissen, um Strahldüsen mit dem Ziel neu zu entwerfen, sie zu eliminieren sichtbare Kondensstreifen. Dabei handelte es sich um ein „ungleichmäßiges Strömungsfeld“ – einen Bereich turbulenter Vermischung –, der die Wassertröpfchen so weit ausbreitete, dass etwaige Kondensstreifen für das menschliche Auge und andere Sensoren unsichtbar wären. Die USAF glaubte, eine Lösung für das Kondensstreifenproblem gefunden zu haben, und erteilte Gowadia den Auftrag, sein Konzept zu einem fertigen Produkt weiterzuentwickeln. 2011 wurde Gowadia jedoch wegen Spionage – insbesondere der Weitergabe von Details von Tarnkappen-Auspuffanlagen an China – verurteilt und zu 32 Jahren Haft verurteilt Jahre. Das Projekt zur Neugestaltung der Düse wurde eingestellt und es ist nicht klar, ob diese Technik Kondensstreifen wirksam beseitigen kann.

Erst Jahre später wurde das wahre Geheimnis des Pilotenwarnsystems (PAS) gelüftet. Das von der Sensorikfirma Ophir entwickelte PAS nutzt eine Art Lidar: Es feuert einen Laserstrahl zurück in den Strahlauslass und misst die Streuung des Lichts an Eispartikeln. Dadurch kann sofort erkannt werden, wenn sich ein Kondensstreifen bildet, und der Pilot wird gewarnt, die Höhe zu ändern, bevor er sichtbar wird.

Das PAS war sicherlich eine Verbesserung gegenüber dem Rückspiegel des U-2, aber was die Planer der Air Force wirklich wollten, war, fliegen zu können, ohne dass die Gefahr bestand, dass sich Kondensstreifen bildeten.

Höhenänderungen funktionieren, weil sich Kondensstreifen nur unter bestimmten Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsbedingungen bilden. Der deutsche Wissenschaftler Ernst Schmidt unternahm 1941 die ersten Schritte zu einem wissenschaftlichen Verständnis des Prozesses, und 1953 entwickelte Herbert Appleman von der American Meteorological Society eine präzise Formel für die Kondensstreifenbildung. Dies ist als Schmidt-Appleman-Kriterium bekannt und lässt sich gut als Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsdiagramm ausdrücken: Um die Bildung von Kondensstreifen zu verhindern, meiden Sie einfach den in der Mitte des Diagramms eingezeichneten Bereich.

Planer der Luftwaffe haben das Schmidt-Appleman-Kriterium genutzt, um immer ausgefeiltere Softwaremodelle zu entwickeln, um vorherzusagen, wo sich Kondensstreifen bilden werden. Im Jahr 1998 bewertete die Luftwaffe ihre JETRAX-Software als zu 84 Prozent zuverlässig bei der Bestimmung, ob Kondensstreifen auf einer Flugbahn auftauchen würden. Planer können Stealth-Missionen umleiten, um zu verhindern, dass Spuren am Himmel hinterlassen.

Während militärische Kondensstreifen-Vorhersagesoftware immer unter Verschluss gehalten wurde, kam es im kommerziellen Bereich zu einem rasanten Entwicklungsschub. Der Grund: Klimawandel.

Während einige Kondensstreifen schnell verschwinden, breiten sich andere aus und bilden hochgelegene Zirruswolken, die einen erheblichen Erwärmungseffekt haben. Tatsächlich ist der Erwärmungseffekt von Zirrus-Kondensstreifen sogar größer als der von CO2 aus der Verbrennung von Flugbenzin. Die Entfernung von Kondensstreifen würde das Fliegen weniger schädlich für den Planeten machen.

„Kondensstreifen sind für 59 Prozent der Klimaauswirkungen von Flugreisen verantwortlich. Das entspricht 1,8 Milliarden Tonnen CO2 pro Jahr“, sagt Durant. DECISIONX:NETZERO ist SATAVIAs weltweites Atmosphärenmodell, das von KI gesteuert und mit kommerziellen meteorologischen Daten gespeist wird. Der Schlüssel liegt passenderweise im Cloud Computing, das intensives Rechnen erschwinglich macht. Dadurch kann das System den Globus in Zellen mit einer Fläche von fünf Kilometern im Quadrat und einer Tiefe von 60 Metern unterteilen.

„Wir verwenden vollständige Wetterdatensätze im globalen Maßstab, um ein physikbasiertes Modell der atmosphärischen Dynamik zu erstellen, das uns die Wahrscheinlichkeit der Entstehung eines Kondensstreifens auf einer bestimmten Route zeigt“, sagt Durant.

Während sich die meisten Wettermodelle auf das Geschehen in Bodennähe konzentrieren, berücksichtigt SATAVIA die Flughöhe des Flugzeugs und wendet Algorithmen zur Kondensstreifenbildung an. Entscheidend ist, dass durch die Anzeige der Bedingungen in sechzig verschiedenen Höhen der Flugplan das Risiko von Kondensstreifen vermeiden kann.

Durant weist darauf hin, dass dies zwar einige Anstrengungen im Flugverkehrsmanagement erfordert, eine kleine Anzahl von Flügen jedoch die schädlichsten und langlebigsten Kondensstreifen erzeugt. Er sagt, der größte Nutzen könne durch die Umleitung von nur 5 Prozent der Flüge erzielt werden.

Nach einem erfolgreichen Pilotprojekt mit der Fluggesellschaft Etihad, um die Software in der Praxis zu testen, verfeinert das Unternehmen sein Modell zu einem kommerziellen Produkt. Durant ist sich nichts Vergleichbares in der kommerziellen Welt bewusst, aber das Militär mit seiner enormen Rechenleistung könnte durchaus etwas Vergleichbares haben.

Möglicherweise gibt es in diesem Bereich weitere Entwicklungen, die nicht öffentlich sind. Ein Patent des Triebwerksherstellers Rolls Royce aus dem Jahr 2014 verknüpft einen PALS-ähnlichen Sensor mit einem Triebwerkssteuerungssystem. Das Patent behauptet, dass durch eine Änderung der Effizienz des Motors der Auspuff verändert werden kann, um die Bildung von Kondensstreifen zu verhindern. Rolls-Royce lehnte es ab, über diese oder andere Arbeiten auf diesem Gebiet zu sprechen, beispielsweise über einen seltsamen Plan, den Auspuff mit Mikrowellen zu beschallen, um die Bildung von Eiskristallen zu verhindern.

„Im Allgemeinen kann ein effizienterer Motor die Kondensstreifenbildung leicht verstärken, da die Luft im Abgas den Motor mit einer niedrigeren Temperatur verlässt“, sagt Teoh. „Eine Reduzierung der Kondensstreifenbildung kann daher nur durch eine Verringerung der Motoreffizienz erreicht werden, was höchstwahrscheinlich auf Kosten eines höheren Kraftstoffverbrauchs geht.“

Teoh weist außerdem darauf hin, dass neue Arten von Motorbrennkammern auch die Rußmenge im Abgas drastisch reduzieren können, indem sie dafür sorgen, dass der Kraftstoff vollständig verbrannt wird, bevor er den Auspuff erreicht. „Die neueste ICAO Aircraft Emissions Databank, ein öffentlich verfügbarer Datensatz, zeigt, dass verschiedene Brennkammertypen die Anzahl der Rußpartikel deutlich um bis zu vier Größenordnungen reduzieren können“, sagt Teoh. Dies entspräche einem Faktor von zehntausend, was ausreichen könnte, um sichtbare Kondensstreifen zu eliminieren.

Spionageflugzeuge können immer noch Kondensstreifen an Orten hinterlassen, an denen sie nicht versuchen, verborgen zu bleiben – daher Lowes glückliches Bild dieser U-2. „Ohne Kondensstreifen oder perfektes Licht ist die U-2 unsichtbar“, sagt Lowe. „Ich hätte es sonst nie entdeckt.“

Aber im Fall der RQ-180-Bilder muss man sich fragen, warum dasselbe angeblich streng geheime Flugzeug dreimal hintereinander gut sichtbare Kondensstreifen hinterließ, jedes Mal am helllichten Tag über einem besiedelten Gebiet? Das eine Mal könnte durch Zufall erklärt werden, das zweite Mal deutet auf ein Versäumnis beim Lernen hin, aber das dritte Mal scheint absichtlich gewollt zu sein.

Die Quintessenz ist, dass wir die Kondensstreifen sehen, die uns zum Flugzeug führen, weil sie es wollen. Diese Linie am Himmel ist ein bewusster Hinweis. Warum das so sein sollte und was wirklich geheim gehalten wird – das ist ein weiteres Rätsel.

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