Antriebsmethoden Raumfahrt

 

 

 

Start der Atlas V 551 mit New Horizons an Bord mit chemischem Raketenantrieb. Ein RD-180 und fünf Feststoffbooster.

 

 

 

Antriebsmethoden Raumfahrt

 

Antriebsmethoden Raumfahrt sind Techniken zur Geschwindigkeitsänderung von Flugkörpern (wie Raumfahrzeugen) im Weltraum. Es existieren sehr verschiedene Varianten mit zahlreichen Vor- und Nachteilen, als auch sehr unterschiedlichen Technologischen Reifegraden. Darunter technisch nahezu ausgereifte, in der Entwicklung befindliche und als auch nur theoretisch vorgeschlagene bzw. simulierte Methoden. Das Fachgebiet ist Schauplatz aktueller Forschung sowie zahlreicher populärwissenschaftlicher Spekulationen.

Bei den heute verwendeten Antrieben handelt es sich ausschließlich um Rückstoßantriebe im Rahmen des dritten Newtonschen Axioms. Von diesen in der Praxis befindlichen Raketenantrieben sind die häufigsten die chemischen Antriebe (Wärmekraftmaschinen mit Verbrennung), worunter die Feststoff- und Flüssigkeitstriebwerke fallen. Es gibt in der Gruppe der Raketentriebwerke auch elektrische und nukleare Varianten, sowie Ausführungen mit Kaltgas.

Im folgenden Übersichtsartikel werden als Alternativkonzepte zu den Raketenantrieben Start- und Abschussmechanismen, Methoden ohne Treibstoffbedarf sowie theoretische Methoden behandelt.

 

Notwendigkeit & Antriebskonzepte

 

Um eine stabile Umlaufbahn um die Erde (oder einen anderen Körper) einzunehmen, ist das Erreichen der ersten kosmischen Geschwindigkeit notwendig. Körper im All selbst bewegen sich auf Keplerbahnen. Um den Orbit eines Körpers zu ändern, ist eine Geschwindigkeitsänderung nötig. Dieses muss von dem Raumfahrzeug aufgebracht werden:

Da zum Erreichen eines Zieles in der Regel das mehrmalige Wechseln der Umlaufbahn nötig ist, kann ein so genannter delta-v-Bedarf definiert werden, welcher die Summe aller Geschwindigkeitsänderungen ist, die das Raumschiff aufbringen muss, um zum Ziel zu gelangen. Deshalb sollte der spezifische Impuls möglichst groß sein, um die Startmasse möglichst klein zu halten.

 

Antriebskonzepte

Das Ziel eines Antriebes ist die Bereitstellung von der Geschwindigkeitsänderung des Raumfahrzeugs. Da in der Raumfahrt sehr große Distanzen überbrückt werden müssen, sollte auch die Geschwindigkeit des Raumschiffes sehr groß sein und somit auch der spezifische Impuls des Antriebssystems. Andererseits sollte ein Antriebssystem auch nennenswerte Schubkraft erzeugen, um die Reisezeit so kurz wie möglich zu halten. Dies ist besonders bei bemannten Missionen wichtig.

 

Gasantrieb in der Raumfahrt

 

Hier wird Inertgas unter Druck gespeichert. Der Druck ist eine (oder die einzige) Energiequelle des Treibstoffes.

Kaltgasantrieb

Beim Kaltgasantrieb wird ein oft unter hohem Druck stehendes Gas, meist Stickstoff oder aufgrund der höheren Teilchenmasse Argon, aus einem Behälter über Düsen entspannt.

Solarthermisch

Bei einem solarthermischen Antrieb konzentrieren zwei aufblasbare Parabolspiegel die Sonnenstrahlung auf einen Graphitblock, durch den Wasserstoff geleitet wird, der dadurch auf etwa 2800 Kelvin aufgeheizt wird.

Lightcraft

Das Konzept des Lightcrafts ist eine Art Antrieb durch Laser: Das Raumfahrzeug bekommt durch einen auf der Erdoberfläche befindlichen Laser oder Maser Energie zur Beschleunigung zugeführt. Der Strahl trifft dazu auf einen Reflektor und erzeugt dort hohe Temperaturen, was zur Expansion des am Reflektor befindlichen Treibstoffes führt; die Ausdehnung des Treibstoffes übergibt einen Teil des Impulses an den Flugkörper. Beim Flug innerhalb der Erdatmosphäre sollen die darin befindlichen Gase ausreichen, sodass der Treibstoff des Flugkörpers erst in größeren Höhen notwendig wird. Das Konzept soll für Kleinsatelliten verwendet werden. Das momentan größte Hindernis ist, dass die benötigte Laserstärke nicht bereitgestellt werden kann.

Anmerkungen

Autorenliste Wikipedia

Copyright Fotos / Grafiken v.o.n.u.v.l.n.r.: NASA/Kim Shiflett 

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