Kapitel 5 Feststoff-Raketenantriebe159

5. FESTSTOFF-RAKETENANTRIEBE

ALLGEMEINES

Die ersten Raketen wurden von einer Schwarzpulvermischung angetrieben, die aus den Substan- zen Kaliumnitrat, Schwefel und Holzkohle bestand. Schwarzpulverraketen erfreuen sich auch heu- te noch einer grossen Beliebtheit, wenn sie den Himmel mit Sternenbuketts erleuchten. Eine Pul- verrakete besteht aus einer parallel gewickelten Papierhülse, die als Brennkammer dient, einer Düse aus Ton und dem Schwarzpulver, das in die Hülse gepresst wird und so einen festen Treib- stoffblock bildet, der nur an seiner freiliegenden Oberfläche schichtweise abbrennt. Solche Pulver- raketen dienen auch zum Antrieb von Signal-, Seenotrettungs-, Hagelabwehr- und Lawinenspreng- raketen. Die Verwendungsmöglichkeiten von Feststoffraketen sind heute sehr viel vielfältiger als noch in der ersten Hälfte des letzten Jahrhunderts. Sie kommen in Trägerraketen für bemannte Missionen, Satelliten, Sonden und Atomsprengköpfe zum Einsatz. Verwendet werden sie auch als Schneidbrenner bei Verkehrsunfällen, als Bremsmotor bei der Landung von Sonden, als Seenot- rettungsrakete zum Ausbringen einer Hosenboje, als Starthilfe von Flugzeugen, als Antrieb von Schleudersitzen in Kampfflugzeugen und Notrettungstürmen bemannter Trägerraketen, usw. Die Vorteile des Feststoffantriebes überwiegen die Nachteile bei Weitem.


Vorteile von Feststofftriebwerken:

  • hohe Zuverlässigkeit
  • einfache Konstruktion (Turbinen, Pumpen, Gasgeneratoren zur Treibstoffförderung entfallen)
  • ständige Einsatzbereitschaft
  • kostengünstiger als Flüssigstofftriebwerke
  • Tank und Brennkammer sind identisch
  • hohe Treibstoffdichten (1.5 - 2.2 g/cm³)
  • Triebwerke mit sehr grosser Schubkraft sind möglich
  • einfache und ungiftige Handhabung

Nachteile von Feststofftriebwerken:

  • der spezifische Impuls ist etwas niedriger als bei Flüssigstofftriebwerken
  • Triebwerksleistung und Abbrandgeschwindigkeit sind von der Umgebungstemperatur abhängig
  • kurze Brennzeit (Bruchteile von Sekunden bis zu maximal zwei Minuten)

Raketenantriebe mit flüssigen und festen Treibstoffen erzeugen die Schubkraft zwar auf die glei- che Weise, aber in ihrer Technik unterscheiden sie sich wesentlich. Während bei Flüssigstoffan- trieben der Sauerstoffträger und der Brennstoff in zwei Tanks getrennt aufbewahrt werden, ist beim Feststoff-Raketenantrieb der gesamte Treibstoff bereits gemischt und befindet sich in Form eines festen Treibstoffblocks in der Brennkammer, die so gleichzeitig als Treibstofftank dient. Eine Fest- stoffrakete ist also sehr einfach aufgebaut und besteht im Prinzip nur aus dem Treibstoff, der Brennkammer und der Düse. Der Festtreibstoff, in dem Sauerstoffträger und Brennstoff innig mit- einander vermengt sind, wird bei kleineren Triebwerken direkt in das Brennkammergehäuse ein- gegossen oder gepresst. In der Regel ist im Zentrum des zylindrischen Treibsatzes ein Hohlraum ausgespart, der als Brennkanal dient. Wenn der Treibsatz gezündet wird, dann brennt er ausge- hend von diesem Brennkanal schichtweise von innen nach aussen hin ab. Diese sogenannten Innenbrenner haben zwei wichtige Vorteile: Erstens wirkt der noch nicht verbrannte Treibstoff als Wärmeisolation und zweitens lassen sich die Betriebszeit und die Grösse der Schubkraft durch geeignete Formung des Brennkanals vorausbestimmen, da der Schub mit zunehmender Abbrand- fläche wächst. Düsen von Feststofftriebwerken sind in der Regel nicht aktiv gekühlt. Das heisst, die überschüssige Wärme wird von hitzebeständigen Materialien (z. B. Graphit) aufgenommen.

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