Physik-Hausarbeit

Rakete : Raketen

Raketenantrieb

Heutige Raketenantriebstypen:

Es gibt verschiedene Raketenantriebstypen, die mit einem nuklearen, mit
einem elektrischen oder mit einem chemothermischen Triebwerk.

Außerdem gibt es noch drei verschiedene chemothermische Antriebtypen.

Bei Feststofftriebwerke, sind fest oder pastöse Treibstoffe in der
Brennkammer enthaltenen wie zum Beispiel Nitroglyzerin oder Nitrozellulose
und ein Oxidator.

Die sogenannten Hybridtriebwerke werden mit festen Brennstoffen wie zum
Beispiel Aktivkohle und Kunststoffe und einem flüssigen Oxidator zum
Beispiel Sauerstoff oder Fluor angetrieben.

Die Flüssigkeitstriebwerke, bei denen die Brennstoffe z. B. Kerosin oder
Wasserstoff und die Oxidatoren z. B. Sauerstoff oder Salpetersäure sind,
werden in zwei verschiedenen Tanks gelagert. Bei Flüssigkeitstriebwerken,
welche in der heutigen Raumfahrt verwendet werden, wird das
Oxidationsmittel und der Brennstoff aus den beiden Tanks gepumpt und durch
Rohrleitungen zur Brennkammer geführt. Die Durchflußmengen des Brenn- und
Oxidationsmittels werden durch Ventile gesteuert. Bei der Verbrennung in
der Brennkammer werden große Mengen heißer Gase frei, welche gegen die
Seiten der Brennkammer gerichtet sind. Die vom Gas auf eine Seite
gerichtete Kraft wird durch die auf die andere Seite gerichtete Kraft
wieder ausgeglichen. Dadurch entstehen keine Querkräfte. Das über die Düse
austretende beschleunigte Gas tritt mit großem Impuls aus. Der dem
austretendem Gas entgegengesetzte Impuls, nennt man Schub, welcher die
Rakete vorwärts treibt. Bei den heutigen Raketen werden zur
Schubsteigerung Düsentriebwerke kombiniert gezündet. Zur Erhöhung der
Endgeschwindigkeit, hat eine heutige Rakete mehrere Stufen, welche alle
eigene Treibstofftanks besitzen. Die Oxidationsmittel sorgen bei Hybrid-
und Flüssigkeitstriebwerken für den benötigten Sauerstoff bei der
Explosion in der Brennkammer.

Beim nuklearen Antrieb wird nur ein Treibstoff verwendet z. B.
Wasserstoff. Dieser wird dann von einem Reaktor erhitzt und zur Düse
geführt.

Bei einem Ionentriebwerk wird Cäsium verdampft und die Atome auf ein
glühendes Gitter geleitet. Durch Ionisation bekommen sie positive Ladungen
und fliegen auf ein negativ geladenes Gitter. Entweichende Ionen liefern
die Schubkraft. Durch Elektronenaufnahme werden die Ionen neutralisiert.

Düsenantrieb

Beim Düsenantrieb strömt Luft, mehr als eine Tonne pro Sekunde durch eine
Turbine. Das riesige Laufrad hat mehr als 50 Präzisionsschaufeln. Die Luft
wird von den Verdichtungsschaufeln mit sehr hohem Druck komprimiert und in
der Brennkammer mit Kerosin vermischt. In dieser hitzebeständigen Kammer
verbrennt das Luftgemisch in einer Art ständigen und kontrollierten
"langsamen Explosion". Die Verbrennungsgase strömen aus der Brennkammer
und versetzen dabei Turbinen, welche mit der Antriebswelle verbunden sind,
in Drehung. Die heißen Triebwerkabgase schießen aus der Düse und sorgen
für den nötigen Schub.

Begriffe:

Gasgenerator, Turbine, Brennstofftank, Oxidator, 2 x Pumpe,
Turbinenauspuff, Einspritzkopf, Brennkammer, Kühlung

Die Verbrennung der Treibstoffe ergibt Temperaturen von 2000 bis 4000K und
Drücke

mit 2 · 107 Pa (200bar); werden Schübe bis zu mehreren 10000 kN erreicht

die "Vulcain"-Schubkammer für das Zentraltriebwerk von Ariane 5 - mit
seinen drei Millionen Pferdestärken (1 MN) spielend einen Supertanker auf
volle Fahrt bringen