Betriebsablauf

Die beladene Raumfähre wird in der Startkammer bei Batanga positioniert. Zunächst werden ihre Bordsysteme, danach die Beschleunigersysteme geprüft. Es folgt der Vorstarttest des gasdynamischen Gateways. Die supraleitenden Bordsysteme werden mit Strom beaufschlagt; anschließend wird das Magnetschwebesystem gestartet und geprüft. Der Tunnel steht bereits unter Vakuum. Auf Startbefehl beginnt die gepulste Energiezufuhr zu den ersten Beschleunigersegmenten.

• 0–330 km. Die anfängliche Längsbeschleunigung beträgt ~4g. Ein erheblicher Teil der Energie wird für das Schweben und die Überwindung der Schwerkraft benötigt.
• 330–~1.800 km, absteigender Teil des S-Bogens. Die Längsbeschleunigung sinkt gleichmäßig von anfangs 4g auf null. Beim Durchfahren der unterirdischen Bögen wirken auf die Raumfähre Belastungen von bis zu ~4g. Umgebende elektromagnetische Elemente stabilisieren die Bahn.
• ~1.800–2.050 km, aufsteigender Teil des S-Bogens. Beim Annähern an das Gateway fällt die Beschleunigung auf null. Auf den letzten 50 km bewegt sich die Raumfähre mit ~11 km/s allein durch ihre Trägheit.

Dank der hoch gelegenen Startstelle erreicht die Raumfähre bereits ~30 km hinter dem Gateway eine Höhe von mehr als 10 km über dem Meeresspiegel; dadurch werden die Auswirkungen der Stoßwelle auf das umliegende Gebiet minimiert. Eine Minute vor dem Start der Raumfähre werden die Ringe des gasdynamischen Gateways testweise aktiviert, ohne den mechanischen Verschluss zu öffnen. Nachdem die Raumfähre 45 % der Tunnelstrecke zurückgelegt hat, leiten die Ringe einen Überschallstrom aus Druckluft ein, die beim Evakuieren des Tunnels von den Pumpen des letzten Abschnitts gesammelt wurde. Etwa 10 Sekunden vor der Durchfahrt wird Wasserstoff zugeführt und die gasdynamische Barriere im Hauptverbrennungsmodus aktiviert. So entsteht ein stabiler, kegelförmiger Überschallstrom aus heißem, teilweise ionisiertem Gas. Drei Sekunden nach erfolgreicher Aktivierung der Ringe und Ausbildung des heißen Barrieren-Gradientenkegels öffnet sich das mechanische Gateway.

Die Barriere verhindert außerdem einen Vakuumverlust im Tunnel und mildert den anfänglichen Wärmeschock. Innerhalb von Millisekunden durchquert die Raumfähre eine vorbereitete Zone aus verdünntem, erhitztem Gas. Diese Schlüsseltechnik verändert den zeitlichen Verlauf der anfänglichen aerodynamischen Einwirkung und beseitigt beim Medienwechsel eine extrem kurze Stoßfront.

Die gasdynamische Barriere verringert nicht die gesamten aerodynamischen Kräfte. Sie dehnt die Stoßbelastung vielmehr vom Mikrosekunden- in den Millisekundenbereich und reduziert damit lokale Spannungen, Schwingungen und den Wärmeschock in der Struktur der Raumfähre entscheidend.

Unmittelbar nach der Durchfahrt der Raumfähre schließt sich der mechanische Verschluss; direkt danach werden die Strahlringe abgeschaltet.

Auf einer ballistischen Flugbahn durchstößt die Raumfähre mithilfe ihrer Trägheitsmasse und ihrer robusten Konstruktion die dichten Atmosphärenschichten. Die höchsten thermischen und dynamischen Belastungen treten in den ersten 10–20 Sekunden auf.

Wesentliche Klarstellung. Nach Verlassen der gasdynamischen Barriere tritt die Raumfähre in der vorgesehenen Höhe von ~3.400 m sofort mit der normalen Atmosphäre in Wechselwirkung. Sämtliche Berechnungen von Flugbahn, Wärmestrom und Belastungen gehen von der vollständigen aerodynamischen Wechselwirkung mit der Atmosphäre aus — ohne Annahme eines „Gasschilds“, eines „Kanals“ oder eines mitgeführten verdünnten Volumens.

Nach dem Verlassen der Atmosphäre werden Radiatoren zur Wärmeabfuhr ausgefahren. Anschließend aktiviert die Raumfähre ihre elektromagnetischen Plasmatriebwerke für feine Bahnkorrekturen und den Übergang auf den Zielorbit — häufig direkt über die geostationäre Umlaufbahn hinaus oder zu den Lagrange-Punkten. Danach wird die Nutzlast ausgesetzt. In der AstroLiner-S-Konfiguration erfolgen die endgültige Orbitinsertion und die Bahnkorrektur mit einem chemischen Antriebssystem.

Bei der voll ausgestatteten AstroLiner-Version erfolgt das Verlassen des Orbits mit elektromagnetischen Plasmatriebwerken. In der AstroLiner-S-Konfiguration übernimmt das chemische Antriebssystem das Abbremsen zum Verlassen des Orbits sowie Korrekturen und letzte Manöver.

Über dem Atlantik nahe Gabun wird ein Bremsschirmsystem zur Geschwindigkeitsreduzierung entfaltet. Die Raumfähre setzt mit kleinem Anstellwinkel auf ihrem verstärkten Unterboden auf, der für den Kontakt der erhitzten Oberfläche mit kaltem Wasser ausgelegt ist. Nach der Wasserung werden Propeller oder Wasserstrahlantriebe ausgefahren.

Eigene, vom Bordreaktor gespeiste Antriebe — oder bei einem Ausfall der Raumfahrzeugsysteme bereitstehende Schlepper — bringen die Raumfähre zum Hafenkomplex. Dort erfolgen Inspektion, Wartung, Reparatur des Wärmeschutzes und Vorbereitung auf den nächsten Flug. In der AstroLiner-S-Konfiguration sichern Batterien, ein Hilfsaggregat oder Bereitschaftsschlepper die Rückkehr zum Hafen.