Vernierdüse

Verniertriebwerk der dritten Stufe einer Rakete vom Typ Europa

Vernierdüsen oder Verniertriebwerke dienen der Schubvektorsteuerung von Raketen, dies bedeutet, dass mit ihnen die Flugrichtung einer Rakete beeinflusst werden kann. Sie sind nach dem Mathematiker Pierre Vernier (1580–1637) benannt, der die Vernier-Skala (Nonius) erfand, mit der Längen und Winkel sehr genau abgelesen werden können.

Aufbau und Funktionsweise

Vernierdüsen sind selbst Raketentriebwerke, die in einer oder in zwei Achsen geschwenkt werden können. Vernierdüsen werden im Gegensatz zu den Haupttriebwerken nur dann betrieben, wenn eine Lenkkorrektur nötig ist (dies minimiert den Aufwand für Kühlung). Um die Zündung der Triebwerke einfach zu halten, werden meist hypergole Treibstoffe verwendet. Diese entzünden sich bei Kontakt (Oxidator und Treibstoff) selbständig.

Verwendung

Triebwerke der ersten und zweiten Stufe einer Sojus-FG-Rakete

In den meisten modernen Raketen (Ariane, Delta, Atlas) werden keine Vernierdüsen mehr verwendet. In älteren Raketentypen wie zum Beispiel der Sojus werden sie historisch bedingt nach wie vor eingesetzt. Im Bild rechts sind die 20 großen Düsen der Sojus-Rakete zu sehen. In den außen liegenden Stufen sind jeweils zwei Vernierdüsen vorhanden, in der zentralen Stufe sind die vier Haupttriebwerke von vier Vernierdüsen umgeben.

Das Space Shuttle benutzt Verniertriebwerke im Reaction Control System für die Lageregelung in der Erdumlaufbahn.^[1]

Vorteile und Nachteile

Vernierdüsen fanden hauptsächlich in der Anfangszeit der Raketentechnik Verwendung. Grund waren die Unausgereiftheit der hydraulischen Servoaktoren, welche überwiegend zur Schubvektorsteuerung eingesetzt wurden. Durch die Verwendung von Vernierdüsen konnte das oder die Haupttriebwerke fest montiert werden. Dadurch entfielen flexible Leitungen zur Treibstoffzufuhr und die kardanische Aufhängung des Haupttriebwerkes. Nur die kleineren Vernierdüsen mussten geschwenkt werden, was mit vergleichsweise kleinen Aktoren erfolgte. Aufgrund der kleineren Massen und Kräfte gestaltete sich auch die Regelung einfacher.

In modernen Raketen wird zur Schubvektorsteuerung meist ein oder mehrere kardanisch aufgehängte Haupttriebwerke verwendet. Über hydraulische (bei großen Triebwerken) oder elektrische Aktoren (bei kleinen Triebwerken oder in höheren Stufen) werden die Haupttriebwerke geschwenkt (z.B. Space Shuttle: 10.5° Querachse, 8.5° Gierachse^[2]). Durch die Ausgereiftheit der modernen Schubvektoraktoren und das Weglassen der Vernierdüsen, deren Schwenkeinheit und Treibstoffversorgung kann die Zuverlässigkeit von Raketen erhöht werden.

Einzelnachweise

1. ↑ Reaction Control system. NASA, 31. August 2000, abgerufen am 27. März 2010 (englisch, aus dem NSTS Shuttle Reference Manual). 
2. ↑ MPS Thrust Vector Control. NASA, 31. August 2000, abgerufen am 27. März 2010 (englisch, aus dem NSTS Shuttle Reference Manual).