Flüssigstoffraketen

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Die Raumsonde MRO startete am 12. August 2005 an Bord einer Atlas V Flüssigkeitsrakete zum Mars

Flüssigkeitsraketen werden vor allem in der Raumfahrt eingesetzt. Im Gegensatz zu den Feststoffraketen, wo im Raketenkern ein fertiges Gemisch von Brennstoff und Oxidator abbrennt, werden diese zwei Komponenten von chemischen Raketen getrennt mitgeführt und mit Pumpen (Turbopumpe) oder Druckgas in das Triebwerk befördert.

• Als Brennstoff werden z. B. häufig Kerosin, Hydrazin und seine Derivate oder verflüssigter Wasserstoff verwendet,
• als Oxidator wird meistens flüssiger Sauerstoff, bei Hydrazin oder seinen Derivaten als Treibstoff jedoch Stickstofftetroxid verwendet.

Die energiereichste Treibstoffmischung, die heute bei den Flüssigraketen angewandt wird, ist flüssiger Sauerstoff und flüssiger Wasserstoff (LOX/LH2).

Je nach verwendeter Treibstoffmischung können Temperaturen von bis zu 4200 °C in der Brennkammer auftreten.

Wie die Geschichte der Raketentechnik und das Schicksal einiger Raketenpioniere zeigt, war der Einsatz von Flüssigkeitsraketen anfangs mit größeren Gefahren verbunden als der von Feststoffen. Die Gründe sind vielfältig:
Gefahr von Undichtheiten, Verdampfen und Explosionen, Schäden an Pumpen und anderen Aggregaten, Luftblasen oder unzureichende Durchmischung in der Brennkammer, variable Gewichtsverteilung beim Abbrand.

Einige Flüssigtriebwerke wie z. B. das Haupttriebwerk des Space Shuttles oder die RD-170 der Energija-Rakete können wiederverwendet werden.

Vor- und Nachteile

Vorteile:

• Im Gegensatz zu Feststoffraketen lassen sich Flüssigtriebwerke ab- und anschalten. Dies ist besonders wichtig für Steuertriebwerke, wenn nur kurze Impulse vonnöten sind.
• Die Rakete wird leer (ohne Treibstoff) zum Startplatz transportiert, so dass sie leichter ist und während des Transports keine Gefahr einer Explosion besteht. Die Betankung erfolgt dann erst kurz vor dem Start. Allerdings müssen an der Startrampe spezielle Einrichtungen dafür vorhanden sein.
• Flüssigtriebwerke lassen sich Sekunden vor dem Start auf ihre Funktionalität testen.
• Der Schub ist im Betrieb regulierbar.
• Flüssigraketen nutzen oft den Treibstoff effizienter aus als Feststoffraketen und erreichen so mit der gleichen Treibstoffmenge höhere Endgeschwindigkeiten.
• Die meistens eingesetzte Treibstoffkombination LOX/LH2 verbrennt zu Wasser und ist somit umwelttechnisch unbedenklich.

Nachteile:

• Flüssigraketen und -triebwerke sind komplexer, teurer und damit auch fehleranfälliger als Feststoffraketen.
• Durch den Verbrauch der Treibstoffe wird der Schwerpunkt der Rakete verlagert. Dies verlangt genaue Berechnungen bei der Regelung der Rakete.
• Es kann der Pogoeffekt (Treibstoffschwingungen) auftreten, bei dem die Flüssigkeit im Tank umher schwappt.
• Flüssigraketen sind gefährlicher in Bezug auf Explosion, da die Flüssigkeiten leichter entzündbar sind.

Siehe auch:

• Feststoffrakete
• Hybridrakete
• Brenndauer
• Brennschluss
• Massenverhältnis
• Raketengleichung
• Stufenrakete