Techniklexikon

Treibstoffe

Luft- und Raumfahrttechnik, chemische Brennstoffe, deren bei der Oxidation freiwerdende Reaktionsgase man beim chemischen Antrieb nutzt, um einen Flugkörper mit einem möglichst hohen Vorschub auszustatten. Zu diesem Zweck lässt man die meist gasförmigen Verbrennungsprodukte möglichst schnell und möglichst parallel über eine der Brennkammer angeschlossene Entspannungsdüse austreten. Von einer Vielzahl theoretisch möglicher Treibstoffkombinationen hat sich nur eine verhältnismässig kleine Gruppe durchsetzen können. Man teilt sie prinzipiell ein in feste, flüssige und hybride Treibstoffe (Feststofftriebwerk, Flüssigkeitstriebwerk).

Bei den Festtreibstoffen wird heute zumeist Ammoniumperchlorat als Oxidator und Aluminiumpulver sowie Polybutadien als Flammenträger eingesetzt. Der spezifische Impuls fester Treibstoffe liegt zwar weit unter dem flüssiger Treibstoffe, doch können Feststofftriebwerke diesen Nachteil durch ein extrem günstiges Massenverhältnis (geringes Leergewicht des Treibstoffbehälters und der Düsen) teilweise wettmachen.

Die Flüssigtreibstoffe teilt man allgemein ein in bei geringem Druck und Normaltemperaturen lagerfähige und extrem tiefgekühlte (kryogene) Treibstoffe. Die bekanntesten lagerfähigen Treibstoffe sind Stickstofftetroxid und eine besondere Form des Hydrazin (UDMH). Da die beiden Komponenten bei Kontakt sofort zünden, zählt man sie zu den hypergolischen Treibstoffen.

Die ersten kryogenen Treibstoffe bestanden aus der Kombination von flüssigem Sauerstoff mit Alkohol oder mit dem heutigen Flugbenzin, dem Kerosin. Die Standardzusammensetzung eines kryogenen Antriebs von heute ist jedoch eine Mischung aus flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff, bei deren Verbrennung lediglich Wasserdampf entsteht. Theoretisch wäre zwar eine Steigerung des spezifischen Impulses solcher Triebwerke durch die Verwendung von Fluor anstatt Sauerstoff möglich; dies würde doch zu gravierenden materialtechnischen, wirtschaftlichen und auch ökologischen Problemen führen. Die heutigen Grenzen chemischer Treibstoffe könnten in Zukunft abermals hinausgeschoben werden, wenn es gelänge, Treibstoffe in ihrer atomaren statt in der molekularen Form mitzuführen. Die sonst zur Spaltung von Sauerstoff- und Wasserstoffmolekülen notwendige Energie könnte so eingespart werden und die Energieausbeute dieser Stoffe beträchtlich erhöhen. Weitere in Zukunft mögliche Antriebsformen liegen in der Verwendung elektrischer Antriebe oder eines Nuklearantriebs.