Was ist ein Raketenmotor?
Ein Raketentriebwerk ist eine Art Düsentriebwerk, dh es ist ein Reaktionstriebwerk, das Schub erzeugt, indem es einen Gasstrom mit hoher Geschwindigkeit entgegen der gewünschten Fahrtrichtung abgibt und sich aufgrund der Impulserhaltung vorwärtsbewegt. Die Besonderheit einer Rakete besteht darin, dass ihr Antriebsstrahl vollständig aus der eigenen Treibstoffmasse des Motors erzeugt wird, wobei nichts davon aus der äußeren Umgebung entnommen wird. Dies unterscheidet sich von anderen Arten von Düsentriebwerken wie Turbojets, Turbofans und Ramjets, die ihren Kraftstoff mit Druckluft aus der Atmosphäre mischen, um ihren Kraftstoff zu verbrennen und einen Strahl zu erzeugen. Raketentriebwerktechnologie ist für die Raumfahrt unerlässlich, da Raketen auch außerhalb der Atmosphäre eingesetzt werden können. Raketen werden auch für Zwecke wie Feuerwerk, Waffen und Hochgeschwindigkeitsflugzeuge verwendet.
Es gibt verschiedene Formen von Raketentriebwerken. Der am häufigsten verwendete Typ ist eine chemische Rakete. Eine chemische Rakete wird durch chemische Reaktionen in ihrem Treibmittel vorwärtsgetrieben, die Wärme erzeugen und einen Strom von Hochgeschwindigkeitsabgasen erzeugen, der von der Rückseite der Rakete abgegeben wird. Jede chemische Rakete enthält einen brennbaren Treibstoff als Brennstoff. Dies wird mit einer noch brennbareren Substanz kombiniert, die als Initiator oder Zünder bezeichnet wird. Der Zünder wird normalerweise durch einen elektrischen Funken oder eine pyrotechnische Ladung gezündet, und die Wärme entzündet wiederum das Treibmittel, das verbrennt, um einen treibenden Abgasstrahl zu erzeugen.
Die Treibmittelchemikalien können Feststoffe, Flüssigkeiten oder Feststoffe in Kombination mit Flüssigkeiten oder Gasen sein. In einer Feststoffrakete wird das feste Treibmittel, das als Korn bezeichnet wird, zusammen mit oxidierenden Chemikalien gespeichert, die als Initiator dienen, während Flüssigbrennstoffraketen das flüssige Treibmittel und den Initiator in getrennten Tanks speichern, bis es Zeit ist, sie in freizugeben die Brennkammer zu mischen. Hybridbrennstoffraketen verwenden ein festes Treibmittel, das dann mit einem flüssigen oder gasförmigen Initiator gemischt wird, der in einem separaten Tank aufbewahrt wird, bis er einsatzbereit ist.
Der heute gebräuchlichste feste Brennstoff ist das Ammoniumperchlorat-Verbundtreibmittel (APCP), das sich auf eine Reihe verschiedener chemischer Gemische bezieht, die sowohl das Treibmittel als auch den Initiator enthalten. APCP umfasst üblicherweise das Oxidationsmittel Ammoniumperchlorat (NH 4 ClO 4 ), elastische Polymere, die als Elastomere bezeichnet werden, und pulverisiertes Aluminium oder andere Metalle. Flüssige Raketentreibstoffe bestehen häufig aus flüssigem Sauerstoff, der mit raffiniertem Kerosin oder flüssigem Wasserstoff gemischt ist, oder aus Distickstofftetroxid (N 2 O 4 ), das mit Hydrazin (N 2 H 4 ) oder einem seiner Derivate gemischt ist.
Feststoffraketen waren die erste Form von Raketentriebwerken, wurden jedoch größtenteils durch effizientere Flüssigbrennstoff- und Hybridkonstruktionen ersetzt. Sie werden jedoch immer noch häufig für Zwecke wie Feuerwerk und Modellraketen eingesetzt und werden manchmal im Weltraum eingesetzt, um kleine Nutzlasten in die Umlaufbahn zu bringen, oder als Ergänzung zu einer Flüssigbrennstoffrakete, um die Nutzlastkapazität zu erhöhen. Beispielsweise verwendet das Space Shuttle eine einzelne große Flüssigbrennstoffrakete, die von zwei kleineren Festbrennstoffraketen flankiert wird, um die Umlaufbahn zu erreichen.
Bei einer Thermorakete wird ein Treibmittel verwendet, das nicht durch chemische Reaktionen im Treibmittel selbst, sondern von einer externen Wärmequelle erwärmt wird. Heißwasserraketen, auch Dampfraketen genannt, verwenden Wasser als Treibmittel, indem sie es erhitzen, um Dampfstrahlen zu erzeugen. Diese werden häufig in sehr schnellen Landfahrzeugen wie Drag Racern eingesetzt. Elektrothermische Raketen nutzen elektrische Felder, um erhitztes Plasma zu erzeugen, das dann das Treibmittel erhitzt, um einen Strahl zu erzeugen. Elektrothermische Raketen sind nützlich, um kurze Schubstöße zu erzeugen, und werden üblicherweise für Zwecke wie die Höhenkontrolle in Satelliten verwendet.
Es wurden verschiedene andere Arten von Thermoraketen vorgeschlagen, die eventuell Verwendung finden könnten. Eine solarthermische Rakete würde Sonnenenergie als Wärmequelle nutzen, indem sie entweder das Treibmittel direkt der Sonnenstrahlung aussetzt oder einen Wärmetauscher mit Sonnenenergie antreibt, der das Treibmittel erwärmt. Die Sonnenenergie würde durch Spiegel oder Linsen gesammelt und konzentriert, um genügend konzentrierte Wärme bereitzustellen. Ein Thermalraketenmotor könnte auch durch Energie angetrieben werden, die von einer externen Quelle über Laser- oder Mikrowellenstrahlen auf ihn übertragen wird. Eine kerngetriebene Thermorakete könnte ihr Treibmittel mit der Energie eines Kernreaktors oder durch den Zerfall radioaktiver Isotope erwärmen.