Haupt Wissenschaft & Technik Welche Arten von Raketentreibstoff gibt es? Erfahren Sie mehr über festen und flüssigen Raketentreibstoff und wie sich Raketentreibstoff im Laufe der Zeit verändert hat

Welche Arten von Raketentreibstoff gibt es? Erfahren Sie mehr über festen und flüssigen Raketentreibstoff und wie sich Raketentreibstoff im Laufe der Zeit verändert hat

Beim Raketendesign dreht sich alles um Kompromisse: Jedes zusätzliche Pfund Fracht, das eine Rakete benötigt, um von der Erdoberfläche abzuheben, erfordert mehr Treibstoff, während jedes neue Stück Treibstoff der Rakete mehr Gewicht verleiht. Das Gewicht wird zu einem noch größeren Faktor, wenn man versucht, ein Raumschiff so weit wie der Mars zu bringen, dort zu landen und wieder zurückzukehren. Dementsprechend müssen Missionsdesigner so umsichtig und effizient wie möglich sein, wenn sie herausfinden, was sie auf einem Raumschiff einpacken und welche Raketen sie verwenden sollen.

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2 verschiedene Arten von Raketentreibstoff

Es gibt zwei Haupttreibstoffe, die verwendet werden, um Raketen von der Erde abzuheben: fest und flüssig. In den Vereinigten Staaten verwenden die NASA und private Raumfahrtagenturen beides.

  • Festkörperraketen sind einfach und zuverlässig, wie eine römische Kerze, und wenn sie einmal gezündet sind, gibt es kein Halten mehr: Sie brennen, bis sie leer sind und können nicht gedrosselt werden, um den Schub zu kontrollieren. Festbrennstoff ist ein Verbundstoff, der typischerweise aus einem festen Oxidationsmittel (z. B. Ammoniumnitrat, Ammoniumdinitramid, Ammoniumperchlorat, Kaliumnitrat) in einem Polymerbindemittel (Bindemittel) gemischt mit energetischen Verbindungen (z. B. HMX, RDX), metallischen Additiven (z B. Beryllium, Aluminium), Weichmacher, Stabilisatoren und Modifikatoren der Brenngeschwindigkeit (dh Kupferoxid, Eisenoxid).
  • Flüssigraketen bieten weniger Schubkraft, können aber gesteuert werden, sodass Astronauten die Geschwindigkeit eines Raketenschiffs regulieren und sogar die Treibstoffventile schließen und öffnen können, um die Rakete aus- und wieder einzuschalten. Beispiele für flüssigen Brennstoff umfassen flüssigen Sauerstoff (LOX); flüssiger Wasserstoff; oder Distickstofftetroxid kombiniert mit Hydrazin (N2H4), MMH oder UDMH.

Bei einigen Anwendungen werden gelegentlich Gastreibstoffe verwendet, die jedoch für die Raumfahrt weitgehend unpraktisch sind. Gel-Treibstoffe haben einige Physiker aufgrund ihres niedrigen Dampfdrucks im Vergleich zu flüssigen Treibstoffen interessiert. Dies verringert die Explosionsgefahr. Gel-Treibmittel verhalten sich bei der Lagerung wie ein festes Treibmittel und im Gebrauch wie ein flüssiges Treibmittel.

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Was brauchen Raketen außer Treibstoff noch?

Um ein Objekt ins All zu bringen, braucht man natürlich Treibstoff. Sie brauchen auch Sauerstoff zum Verbrennen, aerodynamische Oberflächen und kardanische Triebwerke zum Steuern und irgendwo, wo das heiße Zeug herauskommt, um genug Schub zu liefern.



Treibstoff und Sauerstoff werden im Raketenmotor gemischt und gezündet, und dann dehnt sich das explodierende, brennende Gemisch aus und strömt aus der Rückseite der Rakete, um den nötigen Schub zu erzeugen, um sie vorwärts zu bewegen. Im Gegensatz zu einem Flugzeugtriebwerk, das in der Atmosphäre arbeitet und somit Luft aufnehmen kann, um sich für seine Verbrennungsreaktion mit Treibstoff zu verbinden, muss eine Rakete in der Leere des Weltraums operieren können, wo es keinen Sauerstoff gibt. Dementsprechend müssen Raketen nicht nur Treibstoff, sondern auch eine eigene Sauerstoffversorgung mit sich führen. Wenn man sich eine Rakete auf einer Startrampe ansieht, sieht man meist nur die Treibstofftanks – Treibstoff und Sauerstoff – die man braucht, um ins All zu gelangen.

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Wie hat sich Raketentreibstoff im Laufe der Zeit verändert?

Seit Beginn der Raumfahrt hat sich die chemische Grundchemie des Raketentreibstoffs kaum verändert, aber es sind Entwürfe für treibstoffeffizientere Raketen in Arbeit.

Um ihre Effizienz zu verbessern, müssen Raketen weniger Treibstoff verbrauchen, was bedeutet, dass der Treibstoff so schnell wie möglich nach hinten austreten muss, um den gewünschten Schwung zu geben und den gleichen Schub zu erreichen. Ionisiertes Gas, das mit einem Magnetbeschleuniger durch eine Raketendüse getrieben wird, wiegt wesentlich weniger als herkömmliche Raketentreibstoffe. Die ionisierten Teilchen werden mit einer unglaublich hohen Geschwindigkeit aus der Rückseite der Rakete herausgedrückt, was ihr geringes Gewicht oder ihre geringe Masse ausgleicht.



Der Ionenantrieb funktioniert gut für einen langen, anhaltenden Antrieb, aber da er einen geringeren spezifischen Impuls erzeugt, funktioniert er bisher nur auf kleinen Satelliten, die sich bereits im Orbit befinden, und wurde nicht für große Raumschiffe skaliert. Um dies zu tun, wird eine starke Energiequelle benötigt – vielleicht nuklear oder etwas, das noch nicht erfunden ist.

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