Hypergolität
Hypergolität ist eine Eigenschaft mancher Raketentreibstoffe, deren Komponenten spontan miteinander reagieren, wenn sie miteinander in Kontakt gebracht oder vermischt werden. Der Begriff Hypergole stammt von dem Deutschen Wolfgang Carl Nöggerath (1908–1973), der diese Bezeichnung für selbstzündende Treibstoffmischungen wie z. B. die der Messerschmitt Me 163 zum ersten Mal verwendete.
Eigenschaften und Nutzung
Zündung
Die Komponenten hypergoler Treibstoffe sind meist starke Oxidations- und Reduktionsmittel, die sich bei Kontakt sofort, teilweise explosionsartig, entzünden. Da der Treibstoff nach dem Einspritzen in die Brennkammer sofort reagiert und brennt, kann sich nie zu viel Treibstoff in der Brennkammer ansammeln, bevor das Triebwerk gezündet wird. Die Zündung erfolgt auf jeden Fall, was für Waffensysteme wie Interkontinentalraketen und Oberstufen von Trägerraketen wesentlich ist. Hypergole Treibstoffe werden auch bei manchen Triebwerken zur Zündung eingesetzt. Triebwerke, die hypergole Treibstoffe verbrennen, benötigen keine komplizierten Zündvorrichtungen und können mehrfach zünden. Deshalb werden hypergole Treibstoffe oft bei Korrekturtriebwerken eingesetzt, da diese oft gezündet werden müssen und die Anzahl der Zündungen vorher nicht immer feststeht.
Umweltschädlichkeit und Lagerung
Die Komponenten hypergoler Treibstoffe sind oft hochreaktiv und deshalb meist giftig, instabil und schwierig zu lagern. Bei größeren Waffensystemen ist man daher zu Feststoffboostern übergegangen. Da hypergole Treibstoffe eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen, werden sie selten in Erststufen verwendet. Hydrazin-Derivate mit Distickstofftetroxid sind heute die einzigen hypergolen Treibstoffe, die noch eingesetzt werden. Sie sind zwar giftig, aber da sie ohne Kühlung problemlos lange Zeit lagerfähig sind (anders als z. B. flüssiger Wasserstoff), werden sie von Satelliten und Raumsonden oder in Oberstufen von Raketen verwendet. Bemannte Raumschiffe (z. B. das Space Shuttle) verwenden sie ebenfalls meistens für ihre Korrekturtriebwerke. Zudem können militärische Raketen lange Zeit ohne großen technischen Aufwand startbereit gehalten werden.
Spezifischer Impuls
Hypergole Treibstoffe haben meistens keinen sehr hohen spezifischen Impuls, weshalb sie selten verwendet werden, wenn Schub effizient bereitgestellt werden soll, beispielsweise in großen Raketenstufen. Da sie aber keine Tankisolierungen, Kühlsysteme oder Zündvorrichtungen benötigen, welche zusätzliches Gewicht bedeuten, lohnt sich der Einsatz zum Beispiel für Korrekturtriebwerke.
Beispiele
Beispiele für hypergole Treibstoffe sind:
- Dimethylhydrazin und Distickstofftetroxid (das am weitesten verbreitete Hypergol, z. B. in der Proton verwendet)
- Methylhydrazin und Distickstofftetroxid (z. B. in der EPS-Oberstufe der Ariane 5 verwendet)
- Dimethylhydrazin und Salpetersäure
- Hydrazin und Salpetersäure
- Anilin und Salpetersäure
- Wasserstoffperoxid und ein Gemisch aus Hydrazinhydrat, Methanol und 13 % Wasser
- Hochkonzentriertes Wasserstoffperoxid und RP-1
Literatur
- Armin Dadieu, Ralf Damm, Eckart W. Schmidt: Raketentreibstoffe (eBook). Springer-Verlag, Wien 2013, ISBN 978-3-7091-7132-5.
- Thomas M. Klapötke: Chemie der hochenergetischen Materialien. de Gruyter, Berlin/ New York 2009, ISBN 978-3-11-021487-1.