Die wissenschaftlich-technischen Beiträge von Johannes Winkler
Die Auswertung des technischen Erbes sollte aus der Gesamtschau seiner Ausarbeitungen bis 1947 resultieren. Während Rudolf Guder in der Biografie „Astris“ 2002 das Manuskript „Der Strahlmotor“ 1932 als den Höhepunkt seiner theoretischen Arbeit ansieht, hat Winkler selber 1947 für die britischen Behörden zwei Berichte geschrieben, die als sein technisches Vermächtnis anzusehen sind. Der Bericht über „neue Verfahren zur Berechnung der Gasdissoziation“ und der Bericht über „Zusammengesetzte Raketen“. Einschätzungen dazu werden in die Anlage zu Band 3 des Book on Demand (BoD) einfließen.
Für den Autor gilt eine Unterscheidung zwischen der historischen Analyse und der wissenschaftlich-technische Analyse des technischen Erbes. Die historische Analyse hat dabei die Grundlage für eine technische zu liefern. Er referierte darüber unter anderem in der Archenhold-Sternwarte 2016. Praktisch heißt das, dass sich der Historiker nicht scheuen sollte, ausgewählte Dokumente soweit zusammenzutragen und auszuwerten, wie das aus der Sicht des Historikers möglich erscheint, um damit eine Basis für mathematisch-technische Analysen zu schaffen. Obwohl die Aufforderung an die „Raketenspezialisten“ mindesten 6 Jahre alt ist, hat sich dieser Aufgabe bisher nur Prof. Philipp Epple und zwei Magister (Michael Steppert, Michael Steber) mit dieser Herausforderung identifizieren können. Leider! In der Studie wird in Band 2 und 3 an mehreren Stellen darauf verwiesen, dass die technische Analyse „Raketenspezialisten“ überlassen werden muss.
In dem Book on Demand, das sich in Vorbereitung befindet, wird über 6 Bereiche berichtet, zu denen Winkler theoretische Beiträge lieferte:- Schnellflugzeug für die Stratosphäre (Gebrauchswertmuster und Artikel)
- Wärmeaustausch und Gasdissoziation – Die Differenz zu Oberth, Nutzung durch WvB
- Die geheimnisvolle Kühlung der Raketentriebwerke durch die Kühlung der Innenwände
- Bündelung/Raketenkennziffer – Die Methode Winkler
- Typen von Raketentriebwerken nach dem Siedepunkt
- Vom Antrieb zur Rakete – der mühsame Weg zur aerodynamischen Form der HW 2
Der Autor ist auf bisherigen Vorträgen und in einigen Artikeln bereits auf ausgewählte Aspekte der wissenschaftlichen Beiträge eingegangen, soweit das als Historiker möglich ist. Im Band 3 des BoD werden die Darlegungen erweitert und systematisiert.
Einige Leser werden dabei überraschen sein, dass die Entwicklung seiner Triebwerke hier nicht eingeordnet ist. Der Autor konnte sich dazu nicht entschließen, da über eine mathematische Berechnung durch Winkler keine Unterlagen vorliegen, hier also das Prinzip „Versuch und Irrtum“ zur Anwendung kam. Hier kamen vor allem seine handwerklichen Leistungen und die seiner Helfer Richard Baumann, Michaelis und Schröter zum Tragen. Einen Schritt weiter ging an einigen Stellen jedoch Hugo A. Hückel, worüber im Band 3 des BoD berichtet wird. Die eher handwerkliche Arbeit bei der Schaffung der ersten Raketentriebwerke liegt auch bei den anderen Raketenpionieren vor, soweit bisher bekannt geworden ist.
Beispielhaft werden nunmehr Einzelheiten der wissenschaftlichen Arbeit von Johannes Winkler a) über das Schnellflugzeug in der Stratosphäre und b) über die Bündelung von Triebwerken dargelegt.
A) Einige Einzelheiten über das Schnellflugzeug in der Stratosphäre
Max Valier veröffentlichte in mehreren deutschen Zeitungen und Zeitschriften seine Vorstellungen über die Entwicklung von Raketenflugzeugen. Es ist ein Verdienst von Karl Heinz Ingenhaag, dass er 1980 in der Zeitschrift „Luftfahrt Internation“ 5/1980 einige Beiträge dazu mit Zeichnungen der Gebrüder Römer zusammengetragen hat. Daraus zwei Beispiele:
Die linke Version beruht auf der Basis des Junkers-Flugzeuges G-24, einem dreimotorigen Passagierflugzeug und die rechte Zeichnung wurde aus der G 31 abgeleitet.
Angeregt durch die massiven Veröffentlichungen von Max Valier über die aus seiner Sicht mögliche Entwicklung der Weltraumrakete aus den Metallflugzeugen der Junkers-Werke beschäftigte sich auch Johannes Winkler mit dieser Frage. Seine grundlegende Idee befindet sich bereits in der „Deutschen Jugend-Zeitung“ im Januar 1927. Das Raketenflugzeug würde senkrecht aufsteigen und in 50 km Höhe mit 2.000 km/h bis ca. 200 km hochfliegen. Bei der Landung wird das Raumschiff durch die Luft abgebremst, indem es mehrfach in die oberen Luftschichten eintaucht. Die Geschwindigkeit beträgt in einer Kreisbahn 11/2 Stunden pro Umkreisung. Es kann dann in den Gleitflug übergehen. Johannes Winkler stellte am
14.9.1927 einen Antrag auf einen Eintrag in die Gebrauchsmusterrolle, der am 29.9.1927 vollzogen wurde.
- Im Flugwesen ist eine neue Erfindung grundsätzlicher Art gemacht worden: Das Flugzeug im luftleeren Raum!
- Dafür kommen zwei Methoden in Betracht: der freie Flug und der Flug mit Antrieb.
- Der Flug im leeren Raum beruht auf dem Beharrungsvermögen und der Anziehungskraft der Himmelskörper. Für die freie Wurfbewegung sind drei Fälle besonders wichtig: der senkrechte Wurf, der schräge Wurf im Winkler von 45°, mit dem die größte Entfernung erreicht wird, und drittens der Wurf mit einer Geschwindigkeit über 7,91 km/Sek. In diesem Fall fällt der Körper nicht mehr auf die Erde zurück. „Man erkennt, dass durch geeignete Wahl der Fahrtgeschwindigkeit sich jede beliebige Fahrt durch das All ausführen lässt.“
- Der freie Flug im All kann und muss jederzeit durch Veränderung der Geschwindigkeit korrigiert werden. „Eine Drehung des Raumschiffes ist dadurch möglich, dass Nebendüsen tangential angeordnet werden,…“ Auch durch rotierende Kreisel lässt sich eine Drehung des Raumschiffes herbeiführen.
- Bis zur Durchführung von Weltraumfahrten wäre ein weiter Weg. Das neue Flugzeug kann aber zunächst im Erdverkehr im Schnellverkehr eingesetzt werden. Dabei wird dem Flugzeug eine hohe Geschwindigkeit verliehen. Rentabel wäre eine Entfernung zwischen 300 und 3.000 km. Das wäre im Kriege oder im Nachrichtendienst sinnvoll.
- Wenn sich das Raketenflugzeug auf der Erde bewährt hat, könne ein Weltraumschiff gebaut werden. Dafür wäre ein Hilfsflugzeug sinnvoll, welches das Weltraumschiff als Nutzlast emporträgt. Figur 2 zeigt einen solchen Flug, bei dem sich das Weltraumschiff im Punkt „C“ löst und das Hilfsflugzeug nach New York weiterfliegt.
Winkler hat bereits 1927 die weitreichende Idee eines Hilfsflugzeuges vorgestellt, das viele Jahrzehnte später von anderen Raumfahrtexperten wieder aufgegriffen bzw. neu entdeckt wurde.
Die Gedanken zum „Schnellflugzeug“ wurden von Winkler in einem Sonderdruck veröffentlicht und allen interessierten Kreisen zur Verfügung gestellt. Der Chef des Vereins, Gerhard Pusch hat dazu im März-Heft 1928 den folgenden Artikel veröffentlicht:
Der weitere Inhalt des Artikels von Gerhard Pusch wird in Band 3 der Studie wiedergegeben.
Winkler hat mit Pusch in Breslau praktische Versuche mit Segelflugmodellen und Pulverantrieben durchgeführt, worüber er in der Mai-Ausgabe 1928 der Zeitschrift „Die Rakete berichtet.
Doch seine Kollegen aus dem Verein für Raumschiffart hielten es nicht für nötig, seine Arbeiten in ihre Bücher aufzunehmen.
An dieser Stelle ist ein Blick in den Briefwechsel Winkler/Oberth sehr interessant.
Winkler berichtet an Oberth am 30.4.1928, dass er nach Ostern im Ministerium für Verkehrswesen gewesen war, um für die Entwicklung seines Raketenflugzeuges einen Etat von 20.000 RM zu bekommen.2 Der dortige Sachverständige hätte ihm geraten, ein Gesuch mit genauen Zeichnungen und Berechnungen vorzulegen. Winkler bittet Oberth, ihm die vorläufige Berechnung eines Raketenflugzeuges vorzunehmen.
Oberth teilte hierauf am 7.5.1928 mit, dass er sich die Sache mit dem Raketenflugzeug noch überlegen wolle, da nach seinen Erfahrungen solche Gesuche wenig Erfolg haben. Er wolle sich in Berlin mit einem höheren Beamten treffen und erhoffe sich dadurch mehr Erfolg als von einem Gesuch. Bekannt ist jedoch, dass Oberth ohne Not in seinem Buch 1929 auf Seite 278 schreibt, dass er für Valier die Theorie für ein Raketenflugzeug entwickelt hätte. Dieser Zusammenhang muss nicht weiter kommentiert werden!
Ob die Frage der Berechnungen zum Raketenflugzeug später noch einmal eine Rolle zwischen Oberth und Winkler gespielt haben, ist gegenwärtig nicht bekannt.
Die Zeitschrift „Die Rakete“ 12/1928
Der Abschlussteil der „Einführung in das Weltraumproblem“ von Johannes Winkler beginnt mit den folgenden Sätzen im Original:
Jeder Leser merkt an diesen Darlegungen von Winkler, wie breit die Anlage seiner Überlegungen gewesen ist. Interessant sind auch seine Abschlusssätze:
Der vollständige Beitrag von Johannes Winkler kann in der Zeitschrift „Die Rakete“ oder aber in der vollständigen Studie im BoD nachgelesen werden.
Max Valier reagiert darauf mit einem Artikel mit interessanten Feststellungen (Auszug), die jedoch erst im BoD, Band 3 nachzulesen sind:3
Max Valier über Raketenflugzeuge in seinem Buch „Raketenfahrt“ 1928
„Das Raketenflugzeug der Zukunft muss herauswachsen aus einer Rakete mit Flügeln, nicht aus einem Flugzeug mit Raketen.“
Das technische Gefühl würde, so Max Valier, nach einer Lösung nach Abbildung 69 drängen
Quelle: Valier, Abb. 69; auf Seite 242
Valier interpretiert obige Flugzeugform als eine Lösung von Alexander Lippisch, die nach drei Seiten stabil wäre. Die nach rückwärts gerichteten Flügel würden die Stabilität des Gesamtsystems sichern, das symmetrische Profil gewährleiste die Stabilität in der Querrichtung und in der Längsrichtung. Die Steuerung könnte durch Endscheiben gesichert werden.
So lange man dabei noch auf Pulverraketen angewiesen ist, die nur eine kurze Brennzeit haben, müsste man aber einen Vorrat an Bord haben. Eine Lösungsvariante zeigt Valier mit
der Abbildung 70.
Quelle: Valier, Seite 245
Hermann Oberth zu Raketenflugzeugen 1929
Hermann Oberth geht zu den beiden letzten Teilen in seinem Buch „Wege zur Raumschifffahrt“ 1929 sehr umfangreich auf die Raketenflugzeuge ein. Dabei geht es ihm vor allem um die Auseinandersetzung mit Max Valier.4 Er entwickelt aber auch eigenen Vorstellungen. Er schreibt zur Arbeitsweise von Raketenflugzeugen auf den Seiten 279 – 283 wie folgt:
Im Punkt 7 bringt Hermann Oberth zum Ausdruck, dass früher oder später der sprungweise Übergang vom Aufstieg im Gleitflug zum senkrechten Aufstieg (!) kommt. Bei größeren Raketenflugzeugen sollte eine Startschanze genutzt werden, die zuletzt beinahe senkrecht steht. Die von Valier gezeigte Startschanze wäre zu flach. Bei großen Apparaten wäre auch der Start aus dem Wasser zweckmäßig. Den Vorschlag Dr. von Hoefft könne er aber nicht befürworten (Seite 280).
In Punkt 8 schlägt Oberth ein rumpfloses Raketenflugzeug vor, dass also nur aus einer einzigen dicken Tragfläche besteht. Darin wären die Düsen, der luftdichte Führerraum und die Treibstoffe unterzubringen. Der Punkt 9 verweist auf einige Konsequenzen einer gedrungenen Bauart. Im Punkt 10 beschreibt Oberth die Fahrt mit einem Raketenflugzeug gemäß der beigefügten Abbildung 124:
A. Steiler Aufstieg in einer Kurve, die bei 20 bis 40 km in eine waagerechte Linie übergeht. Bei (1) volle Geschwindigkeit = Auspuffgeschwindigkeit c.
B. waagerechte Fahrt mit c
C. Abstellung des Motors, Abstieg im Gleitflug.
D. Hochstellen des Apparates durch nochmaligen Start der Düsen, senkrechte Landung.
In Punkt „D“ liegt ein wesentlicher Unterschied zu der Auffassung von Winkler, der die Landung nur im Gleitflug erreichen wollte.
Punkt 11: Brennstoffe könnte Benzin, Petroleum oder Alkohol sein. Der Sauerstoff wäre flüssig mitzuführen.
Der Punkt 12 beinhaltet weitere technische Merkmale der Fahrt wie Geschwindigkeit, Dauer und Strecke (Seite 282 – 293). Eine alleinige Auswertung dieser Seiten wäre sicher notwendig, kann hier jedoch nicht vorgenommen werden. So nimmt Hermann Oberth auf den Seiten 287f Bezug auf eine Tafel III, um darin ein zweistufiges Raketenflugzeug und den Aufbau der Düsen zu erläutern. Wörtlich heißt es dort:
Dieser Vorschlag wurde aber bereits von Winkler 1927 in seinem Gebrauchsmuster unterbreitet. Soweit zur Theorie!
Das Projekt einer Flugzeugjägers der Junkers-Werke 1932
Immer noch wenig bekannt ist die Tatsache, dass in den Junkers-Werken 1932 begonnen wurde, die Ideen zum Raketenflugzeug in die Praxis umzusetzen. Als Beleg dafür liegt das achtseitige Material vom* 4.8.1932 mit dem Titel „Der Flugzeugjäger mit Rückstoßerantrieb*“, unterzeichnet von Philipp von Doepp vor.
Daraus wird auf folgende Gedanken verwiesen:
Philipp von Doepp sieht einen senkreichten Aufstieg des Flugzeugjägers mit einer Geschwindigkeit vor, die vorübergehend die Schallgeschwindigkeit weit überschreitet. Das Flugzeug kann aus jeder Lage in die Normallage zurückgebracht und in alle 3 Achsen Drehbeschleunigungen erzielt werden. Außerdem kann das Leergewicht des Flugzeuges, das zur Hälfte durch den Motor bedingt ist, deutlich vermindert werden. Das Rückstoßerflugzeug wird des Weiteren billiger und betriebssicherer.
Die Flügel können geringere Abmessungen haben und äußerst fest gebaut werden, um den großen Quertrieb auszuhalten.
„Um die Ausführungsmöglichkeit derartiger Flugzeugjäger zu prüfen, wurden einige Beispiele Überschlägig nachgerechnet (B. 7592). Hier sollen die Ergebnisse für einen Jägereinsitzer mitgeteilt werden.“5
Flugzeugjäger müssen sofort aufsteigen und unter Nutzung der überlegenen Geschwindigkeit und Manövrierfähigkeit die sich nähernden Bombenflugzeuge abschießen. Dabei handelt es sich um kurze Kampfhandlungen bzw. kurze Flugstrecken. Die Beschleunigung beim senkrechten Start wird 1.080 km/h betragen. Die Beschleunigung beträgt ca. 6 sec. und ist bei 900 m abgeschlossen. Die Aufstiegsdauer bis auf 15 km beträgt 47 sec. Der erste Angriff findet von unten statt. Dann übersteigt der Jäger den Bomber und stürzt mit Beschuss auf den Bomber herab. Nach erfolgreichem Abschluss der Kampfhandlung gleitet der Jäger herab und landet auf Kufen. Das Gewicht in 15 km Höhe von 1.250 kg wird sich wie folgt zusammensetzen: Leergewicht ohne Behälter für Betriebsstoffe: 300 kg, Nutzlast (Pilot, Bewaffnung, Munition): 250 kg; Behälter: 270 kg; Betriebsstoff: 430 kg. Die Flugdauer könnte 10 min. dauern. In der Anlage wurde die Skizze einer denkbaren Ausführungsform beigefügt. Die Führungskabine muss natürlich druckfest sein. Entweichender Sauerstoff kann aus dem Sauerstoffbehälter ergänzt werden. Entscheidend ist die Forderung nach einer guten Sicht. Die Kabine wird deshalb ganz vorn platziert und kann im Notfall abgetrennt werden und mit einem Fallschirm landen. Da der Schub sehr flexibel sein muss, sind 5 Düsen vorgesehen.
Es kann davon ausgegangen werden, dass auf dieser Grundlage und evt. weiterer Unterlagen, die jedoch nicht bekannt sind, mit den Entwicklungsarbeiten begonnen wurde. Als verantwortlicher Ingenieur wurde wieder Johannes Winkler eingestellt, der sowohl mit Raketenantrieben auf der Basis von Benzin als auch flüssigem Methan als Brennstoff bzw. flüssigem Sauerstoff und Lachgas Erfahrungen gesammelt hatte. Theoretischen Vorlauf hatte er auch in der Frage der Bündelung von Triebwerken. Johannes Winkler arbeitet ab Sommer 1933 wieder in der Forschungsanstalt Prof. Junkers.-
Über den Flugzeugjäger der Junkers-Werke hat, soweit bekannt, zuerst Ferdinand C. W. Käsmann in der Zeitschrift „Luft und Raumfahrt“ 5/2011 berichtet. Auf Basis eigener Recherchen im Archiv von Bernd Junkers in Coswig hat der Autor erstmals in der Zeitschrift „Luft- und Raumfahrt“ 2/2016 über die eigenständigen Triebwerke von Johannes Winkler und das Projekt eines Flugzeugjägers der Junkers-Werke 1932 berichtet. Der Flugzeugjäger war auch Gegenstand des Kolloquiums im Hermann-Oberth-Museum in Feucht im Jahr 2019.
Außerdem wird die obige Zeichnung eines Flugzeugjägers in der Dauerausstellung über Johannes Winkler im Technikmuseum „Hugo Junkers“ in Dessau seit 2015 präsentiert. Nähere Einzelheiten dazu siehe Band 2 der Studie im BoD.
Durchaus interessant ist der anschließende Verweis von R. Guder in seiner Biografie „Astris“ auf die Schrift von Eugen Sänger „Weltraumflug“ auf Seite 204, in dem er in ähnlicher Weise den Raketenfernbomber beschreibt.
In diesem Zusammenhang ist es interessant, dass Eugen Sänger seinen Hausbericht „Vorläufige Vorschläge
zur Entwicklung eines europäischen Raumflugzeuges“ über im Rahmen der Junkers GmbH geschrieben hat.
Zu dem dort beschriebenen Raumfahrtzeug wurden folgende Zeichnungen veröffentlicht:
Eugen Sänger sieht zwei Startvarianten, den denen die Variante 2 (oben) etwa der Vision von Winkler entspricht.
Ausführlichere Darlegungen zu diesem Thema sind im BoD enthalten.
B) Einige Einzelheiten über die Bündelung von Triebwerken (Methode Winkler)
Der Vortrag von Johannes Winkler vom 11.2.1932 in der „Technisch-literarischen Gesellschaft“ Berlin – Die Winkler-Methode wird als Begriff geboren!
In einem Brief an seine Frau vom 23.1.1932 berichtet er von dem o.g. Vortrag. Der vollständige Text einer Information zum Vortrag ist auf der Seite 155 der Biografie von R. Guder „Astris…“ enthalten. Dort heißt es unter anderem:
Winkler war also durchaus bewusst, dass die beiden Klassiker der Raketentechnik das Stufenprinzip entwickelt haben, bestand aber auf seiner „Erfindung“, die er seinen Namen gibt.
Die zusammengesetzte Rakete war 1947 Gegenstand eines Berichtes an die britischen Behörden, der gegenwärtig durch Prof. Dr.-Ing. Philipp Epple von der Fakultät Maschinenbau und Automobiltechnik der Hochschule für angewandte Wissenschaften Coburg wissenschaftlich-technisch ausgewertet wird. Weitere Informationen dazu finden sich im Buch (on Demand) Band 3.
Anmerkungen:
1. Zeitschrift „Die Rakete“ Breslau, 15.9.1927; Seiten 114 – 118;
2. Rohrwild, Karlheinz; „Johannes Winkler-Hermann Oberth – Chronik eines Schriftwechsels“ auf dem 4. Winkler-Kolloquium in Dessau vom 17. – 18.4.2001; Seite 19
3. Der vollständige Artikel befindet sich im Band 3 der Studie über die Raketenforschung der Junkers-Werke und Johannes Winkler.
4. Darüber kann in seinem Buch oder auch im BoD nachgelesen werden.
5. Der Bericht 7592 liegt nicht vor.