Kurzinfo
Dampfkatapult (C-13)	Von 0 auf 265 km/h in unter 2 Sekunden; verbraucht 544 kg Dampf pro Start
EMALS (Elektromagnetisch)	0 bis über 180 mph; verwendet einen Linearmotor anstelle von Dampf
Flugzeuggewicht	Bis zu 100.000 Pfund (F/A-18E(ca. 66.000 Pfund beladen)
Katapultschlag	~310 Fuß (94 Meter)
G-Kräfte auf den Piloten	3–4 g für 2–3 Sekunden
Startrate	Ein Flugzeug alle 20 Sekunden im Stoßtempo
EMALS Schiffe	USS Gerald R. Ford (CVN-78), USS John F. Kennedy (CVN-79)

Der Pilot gibt Vollgas. Die Triebwerke heulen auf maximalen Schub – 10 Tonnen Schub pro Triebwerk einer F/A-18E Super Hornet. Das Flugzeug stemmt sich gegen die Sperre wie ein Sprinter im Startblock. Der Katapultoffizier gibt das Signal. Die Sperre bricht. Und in den nächsten zwei Sekunden beschleunigt das Flugzeug auf einer 94 Meter langen Flugdeckstrecke von null auf 265 km/h.

Drei bis vier g pressen den Piloten in den Sitz. Der Bug des Schiffes verschwindet unter der Nase. Der Ozean füllt die Windschutzscheibe. Und dann – entweder fliegt das Flugzeug oder nicht. Es gibt keine zweite Chance. Das Deck endet. Darunter ist das Meer.

Dieses Ereignis findet auf einem Flugzeugträger der US-Marine während des Flugbetriebs etwa 100 Mal täglich statt. Es zählt zu den heftigsten, präzisesten und spektakulärsten mechanischen Vorgängen in der gesamten Luftfahrt.

Dampf: Die alte Methode

Seit über 70 Jahren ist das Dampfkatapult das Standardstartsystem auf amerikanischen und französischen Flugzeugträgern. Das Prinzip ist verblüffend einfach: Überhitzter Dampf aus dem Atomreaktor des Schiffes wird in Speichertanks unter dem Flugdeck gespeichert. Beim Zünden des Katapults wird dieser Dampf in zwei Zylinder geleitet, die unter Deck verlaufen. Ein Kolben in jedem Zylinder ist mit einem Schlitten verbunden – dem Metallteil, das am Bugfahrwerk des Flugzeugs eingehängt wird.

Der Dampf dehnt sich explosionsartig aus und treibt den Kolben mit enormer Geschwindigkeit nach vorn. Das Katapult zieht das Flugzeug mit sich. In weniger als drei Sekunden beschleunigt eine 30 Tonnen schwere Super Hornet von der Stillstandzeit auf Startgeschwindigkeit. Die dafür benötigte Energie entspricht der Beschleunigung eines Pick-ups von null auf 240 km/h in einer Sekunde. Das Katapult erreicht dies allein mit unter Druck stehendem Wasserdampf.

Jeder Start verbraucht etwa 1.200 Pfund Dampf. Die Speicher werden innerhalb von Sekunden vom Schiffsreaktor wieder aufgefüllt. Im Spitzenbetrieb können vier Katapulte alle 20 Sekunden ein Flugzeug starten – und so innerhalb weniger Minuten einen kompletten Flugzeugträgerverband in die Luft bringen.

Das technische Problem

Dampfkatapulte funktionieren. Sie haben in sieben Jahrzehnten Hunderttausende Flugzeuge gestartet. Doch ihre Grenzen werden mit jeder neuen Generation von Marineflugzeugen immer deutlicher. Die größte: Dampfkatapulte geben ihre Energie in einem einzigen, heftigen Impuls ab. Die Beschleunigung ist anfangs stark ausgeprägt – maximale Kraft zu Beginn, die mit der Ausdehnung des Dampfes und dem Erreichen des Kolbenhubes abnimmt.

Das bedeutet, dass das Flugzeug zu Beginn des Starts, wenn die strukturellen Belastungen am höchsten sind, maximal beansprucht wird. Für robuste, schwere Kampfflugzeuge ist dies beherrschbar. Für leichtere Flugzeuge – Überwachungsdrohnen, unbemannte Tankflugzeuge, Plattformen für die elektronische Kampfführung – kann der Impuls jedoch schädlich sein. Ein Dampfkatapult lässt sich nicht einfach drosseln. Es kennt nur zwei Zustände: volle Leistung und Aus.

Dampfsysteme benötigen zudem enorme Mengen an Frischwasser (zur Dampferzeugung), komplexe Rohrleitungsnetze, die sich durch das gesamte Schiff ziehen, und wartungsintensive Komponenten, die unter extremen Temperaturen und Drücken arbeiten. Das Katapult der C-13 besteht aus über tausend Einzelteilen, von denen viele regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Auf einem Flugzeugträger, der 7.000 Meilen von der nächsten Werft entfernt operiert, ist dieser Wartungsaufwand erheblich.

EMALS: Die elektromagnetische Revolution

Das elektromagnetische Flugzeugstartsystem EMALS ersetzt Dampf durch Elektrizität. Anstelle eines von expandierendem Gas angetriebenen Kolbens nutzt EMALS einen Linearmotor: eine Reihe von Elektromagneten, die entlang der Katapultbahn angeordnet sind. Werden sie nacheinander aktiviert, erzeugen sie ein wanderndes Magnetfeld, das einen Schlitten entlang der Bahn beschleunigt – geräuschlos, präzise und mit einem steuerbaren Beschleunigungsprofil, das für jeden Flugzeugtyp individuell angepasst werden kann.

Die Vorteile sind bahnbrechend. EMALS kann seine Energieabgabe von Start zu Start variieren – volle Leistung für eine voll beladene F/A-18E, reduzierte Leistung für eine leichte MQ-25 Stingray Tankdrohne. Die Beschleunigung ist gleichmäßiger, da die Spitzenlasten gleichmäßiger über den Starthub verteilt werden. Dies reduziert die Materialermüdung des Flugzeugs und verlängert dessen Lebensdauer. Außerdem kann dasselbe Katapult ohne mechanische Umrüstung alles von einer 45 Tonnen schweren E-2D Hawkeye bis hin zu einer 9 Tonnen schweren Drohne starten.

EMALS ist zudem leichter, wartungsärmer und bezieht seine Energie aus dem Bordnetz anstatt aus einem separaten Dampfsystem. Auf den Flugzeugträgern der Ford-Klasse erzeugt der Kernreaktor Strom, der massive Kondensatorbatterien speist. Beim Auslösen des Katapults entladen diese Kondensatoren ihre gespeicherte Energie in einem Impuls von weniger als drei Sekunden Dauer in den Linearmotor.

Was der Pilot fühlt

Flugzeugträgerpiloten beschreiben den Sturzflug als die intensivste Beschleunigung, die sie je außerhalb eines Schleudersitzausstiegs erlebt haben. Die G-Kraft wirkt sofort – 3 bis 4 g über die gesamte Dauer des Sturzfluges. Der Kopf schnellt nach hinten. Die Arme werden fixiert. Das Sichtfeld verengt sich. Die Instrumente verschwimmen. Und die gesamte Existenz reduziert sich auf eine einzige Frage: Bin ich in Fluggeschwindigkeit, wenn die Flugbahn endet?

Lautet die Antwort „Ja“, fliegen Sie. Das Flugzeug hebt ab, stabilisiert sich kurz beim Übergang vom Katapultstart zum Eigenflug und steigt dann weiter. Lautet die Antwort „Nein“ – etwa bei einem nicht funktionierenden Katapultstart oder einem Triebwerksausfall im ungünstigsten Moment –, stürzt das Flugzeug ab. Der Pilot schleudert sich mit dem Schleudersitz heraus. Das Flugzeug sinkt. Es geschieht in Sekundenschnelle.

Nachtstarts stellen eine zusätzliche Herausforderung dar. Das Deck wird nur von schwachen blauen Rollscheinwerfern erhellt. Das Bugende ist durch einige grüne Lichter markiert, dann folgt nichts mehr – nur noch Schwärze, wo das Meer den Himmel berührt. Der Pilot startet ins Nichts und vertraut auf Instrumente und Verfahren, da die Augen keinerlei Orientierung haben. Es ist, gemessen an allen messbaren Kriterien, eine der anspruchsvollsten Aufgaben, die ein Mensch in einem Flugzeug bewältigen kann.

Und das tun sie jeden Tag. Hundertmal. Denn so projiziert man Luftmacht mitten aus dem Ozean.

Quellen: US Navy, Naval Air Systems Command, General Atomics (Entwickler von EMALS)