Raketentreibstoff
Raketentreibstoff ist Treibstoff für den Antrieb einer Rakete, genauer eines Raketenmotors. Bei chemischen Raketen sind meistens ein Treibstoff und ein Oxidator erforderlich. Diese können vor dem Start in gemischter oder ungemischter Form vorliegen (ersteres ist bei der Feststoffrakete der Fall). Je nach Art und Einsatzgebiet der Raketen werden folgende Antriebe verwendet:
Als Festreibstoff von Feuerwerks- und Modellraketen wird meistens Schwarzpulver verwendet. Für militärische Anwendungen wurde Schwarzpulver schon zu Zeit des zweiten Weltkriegs durch rauchschwache Cellulosenitratpulver weitgehend ersetzt. Für Feststoffraketen, wie sie in der Raumfahrt üblich sind, werden meistens spezielle gießfähige Gemische aus Ammoniumperchlorat, Aluminiumpulver, Kunstharz und eventuell geringen Mengen Eisenoxid als Katalysator verwendet. Alle Feststofftreibstoffe sind langsam abbrennende Explosivstoffe.
Als Hybridtreibstoff bezeichnet man eine Mischung aus einem festen Treibstoff, meistens aus Kunststoff, Lithiumhydrid etc. und einem flüssigen Oxidator, meistens Salpetersäure, flüssigem Sauerstoff oder FLOX (Mischung aus flüssigem Sauerstoff und flüssigem Fluor).
Als flüssige Brennstoffe können verwendet werden: Alkohol, Benzin, Kerosin, Hydrazin, UDMH (unsymmetrisches Dimethylhydrazin), MMH (Monomethylhydrazin), Aerozin 50 (50% UDMH und 50% Hydrazin), flüssiges Methan oder flüssiger Wasserstoff. Die letzten beiden liefern den größten spezifischen Impuls, sind aber wegen der niedrigen Lagertemperaturen schwer zu handhaben. Als Oxidatoren werden flüssiger Sauerstoff (LOX), rauchende Salpetersäure(RFNA; red fumic nitric acid), Distickstofftetroxid oder Lachgas verwendet. Prinzipiell denkbar, aber aus Umweltschutzgründen praktisch nicht realisierbar, ist auch der Einsatz von flüssigem Fluor. Der ebenfalls denkbare Einsatz von flüssigem Ozon scheitert an dessen Instabilität. Fast alle Oxidatoren sind entweder chemisch aggressiv oder müssen tief gekühlt werden.
Hydrazin kann auch als Einkomponententreibstoff, zum Beispiel für Lageregelungssysteme von Raumflugkörpern verwendet werden. Hierbei wird Hydrazin mit Hilfe eines Katalysators zu Stickstoff und Wasserstoff zersetzt.
Die Zündung erfolgt entweder elektrisch, mit einer Feststoffkartusche, mit einer hypergolen Zündflüssigkeit oder auch bei manchen Treibstoffkombinationen von selbst (Hypergol)
Besonders verbreitet sind bei Großraketen folgende Kombinationen:
- Als Treibstoff: UMDH oder/und Hydrazin mit dem Oxidator: Distickstofftetroxid (In der Raumfahrt meistens als Stickstofftetroxid bezeichnet.)
- Als Treibstoff: UMDH oder/und Hydrazin mit dem Oxidator: Salpetersäure. Diese und die oben genannte Treibstoffkombination sind ohne Kühlung lagerbar und Hypergol
- Als Treibstoff: Kerosin mit dem Oxidator: LOX
- Als Treibstoff: flüssiger Wasserstoff mit dem Oxidator: LOX
Als Treibstoff wird flüssiger Wasserstoff verwendet, der mit Hilfe eines Reaktors auf ca. 3000 Grad Celsius aufgeheizt wird. (Projekt NERVA)
Andere Versionen sehen den Einsatz kleiner Atombomben vor (Projekt Orion)
Bei einem Ionenantrieb dienen als Treibstoff Cäsium, Xenon oder Quecksilber. Der Treibstoff wird dabei ionisiert und mit Hilfe eines elektrischen und eines magnetischen Feldes beschleunigt. Der Vorteil dieser Bauweise ist, dass die notwendige elektrische Energie z.B. mittels Solarzellen im Weltraum gewonnen werden kann und man mit sehr wenig Treibstoff auskommt, denn es wird nur sehr wenig Masse, dafür aber mit sehr hoher Geschwindigkeit, ausgestoßen. Die dabei erreichten Schubkräfte sind sehr klein. Außerdem funktioniert das Triebwerk nur im Hochvakuum wie es zum Beispiel im freien Weltraum der Fall ist.
Die Bezeichnung Treibstoff ist beim Ionenantrieb irreführend, da er nur als Medium zur Impulsübertragung, nicht aber als eigentliche Energiequelle fungiert.
Es gibt mehrere Ansätze, einen Fusionsantrieb zu realisieren. Einer davon benutzt einen Laserimpuls um eine geringe Menge He3 auf die für eine Fusion nötige Temperatur zu bringen. Die hochenergetischen Reaktionsprodukte verlassen durch eine Düse den Antrieb. Zündet man viele solcher Reaktionen in Folge, entsteht ein Rückstoß.
Antrieb durch Licht. Heute in der Form von Sonnensegeln prinzipiell realisierbar. Interessanter wäre aber die Zerstrahlung von Materie mit Antimaterie. Hierbei ergäben sich große Schwierigkeiten in der Produktion und der Lagerung der erzeugten Antimaterie und der Bündelung der bei der Zerstrahlung erzeugten Photonen, da diese im Gammabereich liegen.