Welcher Treibstoff wird im Weltraum verwendet?
Antworten
Es kommt darauf an. Wie viel Leistung benötigen Sie? Wollen Sie Leistung oder Effizienz?
Geringer Stromverbrauch, geringer Wirkungsgrad: reines Stickstoffgas. Dies wird für kleine Manöver verwendet, beispielsweise für das Andocken zweier Raketen aneinander
Geringer Stromverbrauch, hohe Effizienz: Kernelement und jeder flüssige Brennstoff ODER Xeon-Gas und Elektrizität. Diese halten lange, erzeugen aber kaum oder gar keinen Schub. Diese Motoren werden niemals in Atmosphären eingesetzt. Diese werden für Langstreckenmissionen verwendet, z. eine Mission zum Pluto, werden aber heute nicht mehr wirklich genutzt.
Hohe Leistung, geringer Wirkungsgrad: Flüssiger Brennstoff und Oxidationsmittel. Diese werden verwendet, wenn die Rakete einer Atmosphäre entkommen muss oder für kurzfristige Missionen im Weltraum. Entfernen Sie das Oxidationsmittel und Sie erhalten ein Düsentriebwerk! Einige Jets verwenden Oxidationsmittel, wenn die Atmosphäre zu dünn ist, um den Kraftstoff verbrennen zu lassen.
Hohe Leistung, hoher Wirkungsgrad: Das gibt es leider nicht wirklich. Wenn Sie hohe Leistung und Effizienz wünschen, funktioniert das einfach nicht. Sie müssen das eine gegen das andere eintauschen. Hoffentlich bekommen wir in Zukunft so einen schönen Treibstoff!
Hinweis: Unter Flüssigtreibstoff versteht man Wasserstoff, Kerosin oder andere Raketentreibstoffe. Ein Oxidationsmittel ist fast immer Sauerstoffgas.
Hier ist eine schöne Grafik!
Isp ist Effizienz und Thrust to Weight Ratio ist Schub.
Im Weltraum kann jeder Treibstoff verwendet werden. Das Problem ist der Sauerstoffmangel. Dies erfordert, dass Raumfahrzeuge ihren eigenen Sauerstoff mit sich führen. Die Auswahl der im Weltraum eingesetzten Treibstoffe erfolgt jedoch nach unterschiedlichen Kriterien, abhängig von der konkreten Verwendung des Treibstoffs. Einer der Hauptaspekte ist das Gewicht. Sie möchten einen Kraftstoff, der bei geringem Gewicht eine hohe Energiemenge liefert. Ein weiterer Faktor ist ein spezifischer Impuls. Dabei handelt es sich im Grunde um die Effizienz, also darum, wie viel Geschwindigkeitsänderung (bekannt als Delta V) durch den Einsatz einer bestimmten Kraftstoffmenge erreicht werden kann. Dann gibt es noch Speicher. Muss der Treibstoff nur für kurze Zeit gelagert werden, um die Rakete ins All zu bringen, oder muss er während der gesamten Mission gelagert werden? Dann ist da noch der Motor selbst. Möchten Sie einen komplexen, aber effizienten Motor, der nur für kurze Zeit hält, oder etwas Einfaches, aber Zuverlässiges, das jedes Mal auf Anhieb funktioniert?
Vor diesem Hintergrund werden im Weltraum üblicherweise zwei Treibstoffe verwendet. Der erste ist flüssiger Wasserstoff. Dies entspricht den Kriterien Leichtigkeit und guter spezifischer Impuls. Zum Verbrennen braucht es flüssigen Sauerstoff. Es ist der gebräuchlichste Treibstoff für Oberstufen, die größtenteils oder vollständig im Weltraum eingesetzt werden.
Das zweite ist Hydrazin. Dies ist ein sogenannter hypergolischer Brennstoff, der bei Kontakt mit Oxidationsmitteln und vielen anderen Dingen verbrennt. Das übliche Oxidationsmittel ist Stickstofftetroxid. Dies entspricht den Kriterien einer einfachen Lagerung (im Gegensatz zu kryogenen Kraftstoffen muss es nicht gekühlt werden und verdampft nicht) und einfachen und zuverlässigen Motoren (keine Zündung, einfach mischen und schon verbrennen sie). Es wird zum Manövrieren und auch als Hauptmotor von Raumfahrzeugen verwendet, die in die Umlaufbahn anderer Planeten gelangen oder auf diesen landen müssen (z. B. das Apollo-Servicemodul und das Mondlandemodul).
Der andere gängige flüssige Treibstoff für Raketen ist RP1, bei dem es sich um raffiniertes Kerosin handelt. Dies wird üblicherweise in den ersten Phasen verwendet. Es verfügt über eine sehr hohe Energiedichte, was gut ist, wenn Sie viel Schub benötigen, die Effizienz jedoch nicht so wichtig ist. RP1-Triebwerke sind jedoch für atmosphärische Flüge gedacht, nicht für den Einsatz im Weltraum.
Es gibt auch feste Brennstoffe, die im Weltraum eingesetzt werden können. Diese sind wie Hydrazin einfach und zuverlässig, können jedoch nur einmal abgefeuert werden und können nach dem Abfeuern erst kontrolliert werden, wenn ihnen der Treibstoff ausgeht. Sie werden in Fällen eingesetzt, in denen nur ein einzelner Stoß erforderlich ist (obwohl sie für mehrere Schüsse gruppiert werden können) und Zuverlässigkeit und Einfachheit wichtiger sind als Präzision. Am häufigsten wird die Trennung von Stufen oder Satelliten von Trägerraketen, das Befördern von Satelliten auf höhere Umlaufbahnen (einige Raketen verwenden Feststoffmotoren für die Oberstufe) und das Verlassen der Umlaufbahn eingesetzt.