Feststoffrakéitendreifwierk

Vu Wikipedia
Op d'Navigatioun wiesselen Op d'Siche wiesselen
Start vun enger Scout-Feststoffrakéit

E Feststoffrakéitendreifwierk oder och Feststoffrakéitenundriff ass e Rakéitendreifwierk mat engem Undriffsaz aus festem Material. Souwuel reduzéierend wéi och oxidéierend Komponenten ginn als fest Stoffer gebonne matgefouert. Am Géigesaz dozou gëtt et d'Flëssegkeetsrakéit, bei där souwuel den Oxidater wéi och de reduzéierenden Dreifstoff a flësseger Form matgefouert, gemëscht souwéi verbrannt gëtt. D'Kombinatioun aus béiden Typen nennt een Hybridrakéit.

Déi eelsten Rakéitentypen sinn feststoffbaséiert. Et gouf laang Zäit iwwerhaapt nëmmen Feststoffrakéiten gebaut.

Geschicht[änneren | Quelltext änneren]

Fréien Asaz[änneren | Quelltext änneren]

Déi eelste Rakéite waren Feststoffrakéiten. Si goufen wahrscheinlech vun de Byzantiner am 7. Joerhonnert gebaut, bestoungen aus Bambus als Rakéitekierper an enger Mëschung aus Salpéiter a Schwiefel als Dreifstoff.

Eventuell onofhängeg dovun goufen vun de Chinesen am 13. Joerhonnert Rakéiten entwéckelt, déi mat Schwaarzpolver ugedriwwe goufen. Do goufen si ënner anerem och fir militäresch Zwecker benotzt. An Europa goufen si méi spéit bekannt, hir Haaptbedeitung haten si hei awer erst nëmmen als Feierwierkskierper.

De briteschen Offizéier William Congreve hat Ufank vum 19. Joerhonnert eng Rakéit fir de militäresche Gebrauch entwéckelt. Duerch de Fortschrëtt bei der Artillerie koum d'Rakéit awer éischter an d'Vergiessen. Eréischt um Enn vum 19. Joerhonnert gouf nees verstäerkt op dësem Beräich gefuerscht an entwéckelt.

Als éischten erfollegräiche Start vun enger Feststoffrakéit an Europa gëtt e Rakéitentest (1931) vum Karl Poggensee an Reinhold Tiling genannt.

Modernen Asaz[änneren | Quelltext änneren]

Feststoffrakéiten ginn haut ënnerschiddlch benotzt, souwuel fir militäresch wéi och zivil Zwecker wéi d'Loft- a Raumfaart. Si ginn wéinst hirem klengem Präis besonnesch bei Starthëllef fir Rakéiten ("Booster") a Fliger (RATO) souwéi a klengen Uewerstufenundriffer agesat. Ausserdeem gi si wéinst hirer héijer Maximalacceleratioun als Rettungsrakéit benotzt, fir bemannte Raumschëffer méi séier aus dem Geforeberäich vun enger versoender Drorakéit ze bréngen.

Als Oxidater gëtt zum Beispill bei APCP Ammoniumperchlorat (NH4ClO4) agesat, dat beim Zerfall vuon zwee Mol z. B. 4 H2O + N2 + 2 O2 + Cl2 ergëtt (et entsteet an der Praxis och HCl). Sauerstoff a Chlor reagéieren mat Aluminium zu Al2O3 an AlCl3 souwéi engem polymeren Bënder Kuelewaasserstoff (Konschtstoff) zu H2O an CO2, woubäi nach eng Kéier Energie fräi gëtt. De Massenundeel vum Aluminium ass bis zu 30 Prozent.

Duerch hiren einfachen Opbau kënne Feststoffrakéiten och a ganz klenger Gréisst benotzt ginn, sou zum Beispill als Klengstrakéiten fir Feierwierkskierper, Signalrakéit oder als speziell Rakéitengeschoss fir den Handwaffengebrauch. Hei kommen éischter einfach Dreifmëittel wéi Schwaarzpolver zum Asaz.

Ausbléck[änneren | Quelltext änneren]

An Zukunft gëtt geplangt, dat héicht Eidelgewiicht vu grousse Feststoffrakéiten erof ze setzen, andeem Stol duerch kuelefaserverstärkt Konschtstoffer ersat gëtt. Doduerch kéint d'Eidelmass vu grousse Feststoffrakéiten drastësch erof gesat ginn. Berechnungen hunn erginn, datt een alleng duerch dës Verbesserung vum Voll- zu Eidelmassenverhältnes d'Notzlaascht vun der Ariane 5 mam Zil Geostationär Transferbunn ëm 2 t hiewe kënnt.

Dës liicht Wierkstoffer kënnten och reng Feststoffrakéiten erméiglechen, déi grouss Satellitte wirtschaftlech an äerdno Ëmlafbunnen transportéieren.

Bewäertung[änneren | Quelltext änneren]

Virdeeler[änneren | Quelltext änneren]

Feststoffrakéite kommen – gesäit ee vum Gebrauch mat schwenkbaren Düsen of – ganz ouni beweeglech Deeler oder zousätzlech Virriichtungen fir Brennstoffpompelen oder Leitungen aus, wat eng technesch Mindestmass géif virginn. Och enthalen si hiren Dreifstoff zu jiddfer Zäit, sou datt Lager- a Betankungsariichtungen net gebraucht ginn. Dat erliichtert beispillsweis d'Uwendung fir meteorologesch oder buedemgebonnen wëssenschaftlech Zwecker; fir militäresche Gebrauch kënnen si vereenzelt a grousser Stéckzuel a Magazinen reservéiert oder matgefouert ginn a sinn a kuerzer Zäit asazbereet.

Den Dreifstoff selwer ass fest an doduerch wiesentlech méi einfach ze gebrauchen wéi flësseg oder gasfërmeg Dreifstoffer: Hie kann an dëser Form weder entweechen an esou méiglecherweis gesondheets- resp. ëmweltschiedlech wierken, nach mat Rouer- oder Behälterwandungen chemesch reagéieren. Och Instabilitéiten duerch schwappend Flëssegdreifstoff (Pogoeffet) falen beim Festdreifstoff ewech. Duerch d'Form vum Dreifsaz kann déi sougenannt Ofbrandcharakteristik, also d'Schubentwécklung iwwer d'Brenndauer gesinn an d'Brenndauer selwer ganz einfach beaflosst ginn. Sou sinn och Schubkraaften denkbar, déi méi groussr wéi déi vu Flëssegdreifwierker sinn. Niewebäi bréngen déi meescht Dreifsazformen mat sech, datt sech de Schwéierpunkt vun der Rakéit während dem Ofbrand verhältnesméisseg wéineg ännert, wat wichteg fir d'Fluchstabilitéit ass.

Duerch dës Virdeeler sinn Feststoffrakéiten verléisslech am Gebrauch, leeschtungsstaark a präiswäert z'entwéckelen, hirzestellen, ze flegen an ze gebrauchen.

Nodeeler[änneren | Quelltext änneren]

Well Feststoffrakéiten hiren explosiven Dreifstoff ëmmer enthalen, geet vun hinnen och permanent eng méi héich Gefor aus. Si sinn och doduerch méi schwéier wéi vergläichbar grouss Flëssegdreifstoffrakéiten, déi eidel transportéiert an eréischt bei Gebrauch betankt kënne ginn.

D'Verbrennungsprodukter vu Feststoffrakéiten gi meeschtens mat enger niddreger Vitess ausgestouss wéi d'Verbrennungsprodukter vu Flëssegdreifstoffrakéiten. Well sech de Schub no der Formel

berechent, muss hire Virdeel vun der héijer Schubkraaft duerchen héije Verbrauch un Dreifstoff erkaf ginn. Dat bedéngt déi géigeniwwer Flëssegkeetsrakéiten kuerz Brenndauer. Eng Schubregelung während dem Ofbrand ass net méiglech. Nëmme bei der Hierstellung vum Booster kann, eventuell duerch d'Befëllen verschiddener Segmente mat ënnerschiddlech reaktiven Dreifstoffmëschungen oder duerch d'Formgiewung vum Dreifstoff (kuckt ënnen), d'Schubprofil iwwer d'Brenndauer beaflosst ginn.

De ganzen Intérieur vun enger Feststoffrakéit ass zugläich hir Brennkummer. Bei der Verbrennung vum Dreifstoff trieden héich Dréck an Temperaturen op. Dofir mussen d'Wänn aus relativ massivem Material bestoen. Well mat klammender Gréisst vun der Rakéit d'Belaaschtung vun der Brennkummermauer bei gläichem bannenzegem Drock ëmmer méi zouhëlt, mussen d'Wänn ëmmer méi déck an domat méi schwéier ginn. Sou klëmmt d'Eidelrmass vun enger Feststoffrakéit am Verglach zu der Gesamtmass mat zouhuelender Gréisst ëmmer weider un, während si bei Flëssegdreifstoffrakéiten ëmmer weider fält. Hir technesch Héichstmass läit dofir ënner den anere Rakéitentypen.

Feststoffrakéiten sinn dacks méi ëmweltschiedlech wéi aner Bautypen. Bei der Verbrennung vum Dreifstoff entstinn jee no Befëllung z. B. Chlor, Chlorwaasserstoff, Schwiefelverbindungen oder aner toxesch Stoffer. Am Fall vun enegem Ariane 5-Start mat EAP P238-Festdreifstoffmotoren ergëtt sech eng Festdreifstofftotalmass vun 476 Tonnen. Bei engem Feststoffundeel vun 86 Gew.-% resp. 68 Gew.-% Ammoniumperchlorat (kuckt Ariane 5 Technik) am Festdreifstoff ergëtt sech eng Totalmass vun 324 Tonnen an Ammoniumperchlorat. Beim Start vun enger Ariane 5 entstinn esou 100 Tonnen Chlorwaasserstoff. Chlorwaasserstoff reagéiert nofolgend mat Waasser zu Salzsäier (270 Tonnen bei 37-prozenteger Säier).

Brennstoffgeometrie a Schubkraaftverlaf[änneren | Quelltext änneren]

Am einfachste Fall, wéi z. B. bei Feierwierksrakéiten, ass dat ganzt Bannenzegt vun der Feststoffrakéit mat deem Dreifstoff befëllt. Dëse brennt vun hannen no vir gläichméisseg of. Bei nëmme kuerzer Brenndauer ass dat onproblematesch; bei méi laanger Brenndauer féiert et awer zu enger ganz héijer thermescher Belaaschtung vum hënneschten, "schonn eidelen" Deel vun der Rakéit, duerch deen déi gliddesch Verbrennungsgase stréimen.

Fir dat ze verhënneren, gëtt de Brennstoff zu engem huele Rouer geformt, dee vu bannen no baussen ofbrennt. Dobäi wierkt dee nach disponibele Rakéitendreifstoff als Wiermisolater a séchert sou d'Rakéitenhüll virun Iwwerhëtzung. Mat zouhuelender Vergréisserung vum Huelraum klëmmt allerdéngs och de Schub vum Dreifwierk, well dëse bal proportional zu der Uewerfläch vum ofbrennenden Dreifstoff ass. Bei Rakéiten ass dogéint meeschtens schonn an der Startphas de Schubgebrauch am héchsten, well de Fluchkierper do am schwéiersten ass an eréischt nach acceleréiert muss ginn.

Duerch eng gëeegent Form vum Querschnëtt vum Brennstoffrouer kann de Schubverlaf awer sou beaflosst ginn, datt hien den Erfuerdernesser entsprécht. Sou kann den Huelraum ongeféier stärefërmeg ausgebilt ginn. Bei der Zündung ass d'Uewerfläch vum brennenden Dreifstoff dann am gréissten. Nom Wechbrennen vun de Brennstoffzacken ass de Querschnëtt bal kreesfërmeg an d'Brennstoffuewerfläch souwéi de Schub sinn domat manner.

Kuckt och[änneren | Quelltext änneren]

Saturn 01.svg Portal Astronomie

Literatur[änneren | Quelltext änneren]

  • George Paul Sutton: Rocket Propulsion Elements. Wiley-Interscience, New York 2000. ISBN 0-471-32642-9
  • Willfried Ley, Klaus Wittmann, Willi Hallmann (Hrsg.): Handbuch der Raumfahrttechnik. Carl Hanser, München 2008. ISBN 3-446-41185-2

Um Spaweck[änneren | Quelltext änneren]