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Chemischer Pulsantrieb für Raumfahrzeuge

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Die Liste der technischen Neuerungen, bei denen die Natur Rollen als Ideengeber und Entwicklungspate übernommen hat, ist lang: Sechsbeinige Erkundungsroboter, deren biologisches Vorbild eine indische Stabheuschrecke ist, künstliche Vögel, die den Flug der Silbermöwe nahezu perfekt imitieren, Quadrokopter, die wie Bienen den optischen Fluss zur Raumorientierung nutzen. Eines der jüngsten Mitglieder im illustren Bionik-Club ist der Brachinus crepitans, gemein hin auch als großer Bombardierkäfer bekannt. Seine Spezialität ist ein außergewöhnlicher und zugleich sehr effektiver Verteidigungsmechanismus: Kommt ihm ein Gegner zu nahe, mischt der Bombardierkäfer im Hinterleib zwei sehr heftig miteinander reagierende Chemikalien zusammen, gibt Katalysatoren in Enzymform hinzu – und schleudert dem Gegner das Ganze dann unter hohem Druck und mit lautem Knall als hundert Grad heißes Gasgemisch ins Gesicht.

Diese Technik wollen Wissenschaftler aus mehreren Nationen im Rahmen eines von der EU geförderten Forschungsprojekts jetzt für die Entwicklung eines neuen Lageregelungstriebwerks für Raumsonden und Satelliten nutzen. "Konventionelle Antriebe brauchen normalerweise einen hohen Druck, der den Treibstoff in die Brennkammern befördert. Man braucht also ein System, das diesen Druck aufbaut – entweder eine Pumpe, einen Drucktank oder dergleichen", erklärt Peter Rickmers vom Bremer Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM), das an dem Forschungsprojekt beteiligt ist. "Der Käfer bringt die Chemikalien dagegen mit einem relativ niedrigen Druck in seine Explosionskammer. Dort steigt dann der Druck, und es wird Schub für einen kurzen Moment erzeugt. Dann fällt der Druck wieder ab. Sobald er so niedrig ist, dass die Chemikalien wieder nachfließen können, geht alles von vorne los. Diesen Pulsantrieb wollen wir kopieren."

Links der Prototyp einer Monopropellant-Schubdüse der italienischen Firma ALTA, in der Mitte ein Bipropellant-Antrieb. Rechts der ALTA-Teststand für "grünen" Raketentreibstoff.

(Bild: ALTA)

Mit dem Verzicht auf Drucksysteme vor der Brennkammer lasse sich unter anderem Volumen und Gewicht einsparen, was sich wiederum für das Unterbringen von zusätzlicher Ladung ausnutzen lasse, verdeutlicht Rickmers, Leiter der "Space Propulsion and Energy Systems Group" am ZARM. Im Rahmen des mit insgesamt 2,6 Millionen Euro ausgestatteten EU-Projekts "PulCheR" (Pulsed Chemical Rocket with Green High Performance Propellants) sollen bis Ende 2015 kleine Prototypen mit zwei Antriebsversionen gebaut werden: Eine Variante ist als sogenannter "Monopropellant-Antrieb" ausgelegt, der mit nur einem Treibstoff arbeitet und als Katalysator ein festes Metallgranulat nutzt, das den Zerfall der Treibstoffkomponente auslöst. Bei der "Bipropellant"-Variante, die den "Explosionsapparat" des Bombardierkäfers nachahmt, werden dann zwei Treibstoffe in die Brennkammer gespritzt, die hypergol sind, also bei Kontakt selbst zünden. Als Treibstoffe sind jeweils sogenannte "Green Propellants" vorgesehen, also Treibstoffe und Treibstoffkombinationen, die weniger gefährlich sind als das bislang meist verwendete Hydrazin. (pmz)

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