Raketentreibstoffe

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Raketentreibstoffe bestehen meistens aus zwei Komponenten, die zugrunde liegende Reaktion ist in der Regel eine Oxidation. Die erste Komponente ist ein energiereicher Stoff - der eigentliche Treibstoff, die zweite Komponente das Oxidationsmittel. Bei der Oxidation entstehen Gasprodukte, die mit hoher Ausströmgeschwindigkeit (auch oft spezifischer Impuls genannt) frei werden und so für den Schub der Rakete sorgen.

Für eine hohe Ausströmgeschwindigkeit sind zwei Faktoren wichtig:

  • Eine hohe Verbrennungstemperatur, um eine große kinetische Energie der entstehenden Gasprodukte zu erzielen.

  • Reaktionsprodukte mit geringer Molekülmasse werden effizienter beschleunigt. 

 

Die Endgeschwindigkeit einer Rakete errechnet sich mit:

Endgeschwindigkeit = Spezifischer Impuls · ln (Startmasse/Endmasse)

 

Vergleich von drei Raketentreibstoffe:

Ethanol / Sauerstoff

220px-Bundesarchiv Bild_146-1978-Anh.026-01,_Peenemünde,_V2_beim_StartDie erste Großrakete A4 - bekannter unter dem Namen V2 (Vergeltungswaffe 2) - wurde von Werner v. Braun entwickelt und besaß ein Raketentreibstoff aus Ethanol und Sauerstoff.

Ein Raketentreibstoff aus Ethanol und Sauerstoff ergibt einen theoretischen maximalen spezifischen Impuls von 2740 m/s bei einer Verbrennungstemperatur von 2980 °C.

C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O / ΔH = -1237 kJ/mol

 

Kerosin / Sauerstoff

Ethanol wurde in Folge schnell gegen Kerosin ausgetauscht, ein leichtes Petroleum (Gemisch aus vorwiegend Alkanen mit einer Kohlenstoffkette von C-12 bis C-15), das bei der fraktionierenden Destillation gewonnen werden kann. Kerosin ist der Kraftstoff für die heutigen Flugzeuge, also für Gasturbinentriebwerke.

Ein Raketentreibstoff aus Kerosin und Sauerstoff ergibt einen theoretischen maximalen spezifischen Impuls von 2945 m/s bei einer Verbrennungstemperatur von 3675 °C.

 

 

Wasserstoff / Sauerstoff

Auch heute noch stellt ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch einen sehr effizienten Raketentreibstoff dar, zumal sich die technische Handhabung der Kühlung von flüssigem Wasserstoff verbessert hat.

Ein Raketentreibstoff aus Wasserstoff und Sauerstoff ergibt einen theoretischen maximalen spezifischen Impuls von 3830 m/s bei einer Verbrennungstemperatur von 2700 °C.

 

Spielgelartikel aus dem Jahre 1963

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Quellen:

Chemische Raketentreibstoffe, Teil 1 und 2, Bernd Leitenbergers Web Site, http://www.bernd-leitenberger.de/raktreib1.shtml, Okt. 2011

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