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Kaltgastriebwerk Ein ist ein Raketentriebwerk das unter Hochdruck stehendes Gas als Stützmasse verwendet 1 2 Das bei Rau

Kaltgastriebwerk

Ein Kaltgastriebwerk ist ein Raketentriebwerk, das unter Hochdruck stehendes Gas als Stützmasse verwendet. Das bei Raumtemperatur gespeicherte Gas wird im Gegensatz zu anderen Triebwerksarten nicht erhitzt, sondern lediglich über eine Schubdüse ausgestoßen und expandiert. Übliche Gase sind Luft, Stickstoff, Helium oder Argon, teilweise auch Butan. Oberstufen von Trägerraketen verwenden teilweise das Gasgemisch im Treibstofftank zur Lageregelung.

Querschnitt einer 3D-gedruckten Kaltgasschubdüse einer Amateurrakete

Kaltgastriebwerke werden seit dem Beginn der Raumfahrt vor über 70 Jahren als Reaction Control System zur Lageregelung eingesetzt; frühe Raumflugkörper verwendeten nur diese Triebwerke. Der wichtigste Einsatzzweck ist weiterhin die Lageregelung.

Die verwendeten Komponenten sind simpel und bestehen aus einem oder mehreren Druckbehältern für das Gas, mehreren Schubdüsen, elektrisch betätigten Ventilen, einem Druckregler und Zugängen zum Füllen und Ablassen des Gases. Da das Gas unter sehr hohem Druck steht (typisch 2–69 MPa bzw. 20–690 bar) müssen die Tanks (üblicherweise aus Titan oder Verbundwerkstoffen) entsprechend stark mit oft dicken Wänden gebaut werden. Düsen, Ventile und Gasleitungen können aus Aluminium oder Kunststoff hergestellt werden. Die Gasdüsen selbst werden mit Drücken von etwa 1,5–5 bar betrieben. Mit Druck- und Temperatursensoren wird der Funktionszustand der Anlage während des Tankens oder Ablassens von Gas und im Betrieb überwacht. Durch Messung von Druck und Temperatur im Gastank und Kenntnis dessen Volumens kann über die Gasgleichung der verbleibende Treibstoffvorrat berechnet werden.

Prototyp eines Mondlanders mit pressluftbetriebenen Kaltgastriebwerken

Kaltgassysteme sind einfach aufgebaut, relativ günstig und sicher in der Handhabung. Sie sind seit langem erfolgreich in der Raumfahrt im Einsatz und äußerst zuverlässig. Die verwendeten Gase sind ungiftig, chemisch rein und hinterlassen keine Ablagerungen an empfindlichen Oberflächen des Raumfahrzeugs (z. B. Spiegel oder Sensoren). Die Gasdüsen können beliebig gepulst werden, wie es für die Lageregelung erforderlich ist. Die verwendeten Düsen erhitzen sich nicht und erleiden keine Abnutzung. Durch ihren niedrigen Schub lassen sie sich sehr fein aufgelöst steuern und ermöglichen damit eine extrem hohe Genauigkeit der räumlichen Ausrichtung.

Nachteilig sind der niedrige spezifische Impuls von nur etwa 40–120 s (Triebwerke mit monergolen Treibstoffen kommen auf typisch 180–245 s, diergole Treibstoffkombinationen 230–325 s), das hohe Gewicht der Systeme und deren relativ großes Volumen. Ein üblicher Satellit kann mit einem Kaltgassystem eine Geschwindigkeitsänderung von etwa 74 m/s erreichen.

Weblinks Bearbeiten

Commons: Cold gas thrusters – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. ↑ George P. Sutton, Oscar Biblarz: Rocket Propulsion Elements. 9. Auflage. John Wiley & Sons, Hoboken 2017, ISBN 978-1-118-75388-0, S. 304.
  2. Ernst Messerschmid, Stefanos Fasoulas: Raumfahrtsysteme. 5. Auflage. Springer Vieweg, Berlin/Heidelberg 2017, ISBN 978-3-662-49637-4, S. 184, doi:10.1007/978-3-662-49638-1_5.
  3. ↑ George P. Sutton, Oscar Biblarz: Rocket Propulsion Elements. 9. Auflage. John Wiley & Sons, Hoboken 2017, ISBN 978-1-118-75388-0, S. 266–267.
  4. George P. Sutton, Oscar Biblarz: Rocket Propulsion Elements. 9. Auflage. John Wiley & Sons, Hoboken 2017, ISBN 978-1-118-75388-0, S. 8.
  5. George P. Sutton, Oscar Biblarz: Rocket Propulsion Elements. 9. Auflage. John Wiley & Sons, Hoboken 2017, ISBN 978-1-118-75388-0, S. 194.
  6. ↑ Hans Dieter Schmitz: Satellite Propulsion. In: Wilfried Ley, Klaus Wittmann, Willi Hallmann (Hrsg.): Handbook of Space Technology. John Wiley & Sons, Chichester 2009, ISBN 978-0-470-69739-9, S. 302–305, doi:10.1002/9780470742433.ch4.
  7. George P. Sutton, Oscar Biblarz: Rocket Propulsion Elements. 9. Auflage. John Wiley & Sons, Hoboken 2017, ISBN 978-1-118-75388-0, S. 131.
  8. ↑ Hans Dieter Schmitz: Satellite Propulsion. In: Wilfried Ley, Klaus Wittmann, Willi Hallmann (Hrsg.): Handbook of Space Technology. John Wiley & Sons, Chichester 2009, ISBN 978-0-470-69739-9, S. 313–315, doi:10.1002/9780470742433.ch4.
  9. D.G. Chavers, B. A. Cohen, J. A. Bassler, M. S. Hammond, D. W. Harris, L. A. Hill, D. Eng, B.W. Ballard, S.D. Kubota, B. J. Morse, B. D. Mulac, T.A. Holloway, C. L. B. Reed: Robotic Lunar Landers for Science and Exploration. In: NASA (Hrsg.): 7th International Planetary Probe Workshop (IPPW-7). 12. Juni 2010, S. 10 (englisch, ntrs.nasa.gov).
  10. George P. Sutton, Oscar Biblarz: Rocket Propulsion Elements. 9. Auflage. John Wiley & Sons, Hoboken 2017, ISBN 978-1-118-75388-0, S. 300.
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Veröffentlichungsdatum:
Ein Kaltgastriebwerk ist ein Raketentriebwerk das unter Hochdruck stehendes Gas als Stutzmasse verwendet 1 2 Das bei Raumtemperatur gespeicherte Gas wird im Gegensatz zu anderen Triebwerksarten nicht erhitzt sondern lediglich uber eine Schubduse ausgestossen und expandiert 3 Ubliche Gase sind Luft Stickstoff Helium oder Argon teilweise auch Butan 4 5 Oberstufen von Tragerraketen verwenden teilweise das Gasgemisch im Treibstofftank zur Lageregelung 6 Querschnitt einer 3D gedruckten Kaltgasschubduse einer AmateurraketeKaltgastriebwerke werden seit dem Beginn der Raumfahrt vor uber 70 Jahren als Reaction Control System zur Lageregelung eingesetzt 3 fruhe Raumflugkorper verwendeten nur diese Triebwerke 7 Der wichtigste Einsatzzweck ist weiterhin die Lageregelung 6 Die verwendeten Komponenten sind simpel und bestehen aus einem oder mehreren Druckbehaltern fur das Gas mehreren Schubdusen elektrisch betatigten Ventilen einem Druckregler und Zugangen zum Fullen und Ablassen des Gases Da das Gas unter sehr hohem Druck steht typisch 2 69 MPa bzw 20 690 bar mussen die Tanks ublicherweise aus Titan oder Verbundwerkstoffen 8 entsprechend stark mit oft dicken Wanden gebaut werden 3 Dusen Ventile und Gasleitungen konnen aus Aluminium oder Kunststoff hergestellt werden 1 Die Gasdusen selbst werden mit Drucken von etwa 1 5 5 bar betrieben Mit Druck und Temperatursensoren wird der Funktionszustand der Anlage wahrend des Tankens oder Ablassens von Gas und im Betrieb uberwacht Durch Messung von Druck und Temperatur im Gastank und Kenntnis dessen Volumens kann uber die Gasgleichung der verbleibende Treibstoffvorrat berechnet werden 8 Prototyp eines Mondlanders mit pressluftbetriebenen Kaltgastriebwerken 9 Kaltgassysteme sind einfach aufgebaut relativ gunstig und sicher in der Handhabung Sie sind seit langem erfolgreich in der Raumfahrt im Einsatz und ausserst zuverlassig Die verwendeten Gase sind ungiftig chemisch rein und hinterlassen keine Ablagerungen an empfindlichen Oberflachen des Raumfahrzeugs z B Spiegel oder Sensoren Die Gasdusen konnen beliebig gepulst werden wie es fur die Lageregelung erforderlich ist 1 Die verwendeten Dusen erhitzen sich nicht und erleiden keine Abnutzung Durch ihren niedrigen Schub lassen sie sich sehr fein aufgelost steuern und ermoglichen damit eine extrem hohe Genauigkeit der raumlichen Ausrichtung 6 Nachteilig sind der niedrige spezifische Impuls von nur etwa 40 120 s Triebwerke mit monergolen Treibstoffen kommen auf typisch 180 245 s diergole Treibstoffkombinationen 230 325 s 10 das hohe Gewicht der Systeme und deren relativ grosses Volumen 1 Ein ublicher Satellit kann mit einem Kaltgassystem eine Geschwindigkeitsanderung von etwa 74 m s erreichen 6 Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Cold gas thrusters Sammlung von Bildern Videos und AudiodateienEinzelnachweise Bearbeiten a b c d George P Sutton Oscar Biblarz Rocket Propulsion Elements 9 Auflage John Wiley amp Sons Hoboken 2017 ISBN 978 1 118 75388 0 S 304 Ernst Messerschmid Stefanos Fasoulas Raumfahrtsysteme 5 Auflage Springer Vieweg Berlin Heidelberg 2017 ISBN 978 3 662 49637 4 S 184 doi 10 1007 978 3 662 49638 1 5 a b c George P Sutton Oscar Biblarz Rocket Propulsion Elements 9 Auflage John Wiley amp Sons Hoboken 2017 ISBN 978 1 118 75388 0 S 266 267 George P Sutton Oscar Biblarz Rocket Propulsion Elements 9 Auflage John Wiley amp Sons Hoboken 2017 ISBN 978 1 118 75388 0 S 8 George P Sutton Oscar Biblarz Rocket Propulsion Elements 9 Auflage John Wiley amp Sons Hoboken 2017 ISBN 978 1 118 75388 0 S 194 a b c d Hans Dieter Schmitz Satellite Propulsion In Wilfried Ley Klaus Wittmann Willi Hallmann Hrsg Handbook of Space Technology John Wiley amp Sons Chichester 2009 ISBN 978 0 470 69739 9 S 302 305 doi 10 1002 9780470742433 ch4 George P Sutton Oscar Biblarz Rocket Propulsion Elements 9 Auflage John Wiley amp Sons Hoboken 2017 ISBN 978 1 118 75388 0 S 131 a b Hans Dieter Schmitz Satellite Propulsion In Wilfried Ley Klaus Wittmann Willi Hallmann Hrsg Handbook of Space Technology John Wiley amp Sons Chichester 2009 ISBN 978 0 470 69739 9 S 313 315 doi 10 1002 9780470742433 ch4 D G Chavers B A Cohen J A Bassler M S Hammond D W Harris L A Hill D Eng B W Ballard S D Kubota B J Morse B D Mulac T A Holloway C L B Reed Robotic Lunar Landers for Science and Exploration In NASA Hrsg 7th International Planetary Probe Workshop IPPW 7 12 Juni 2010 S 10 englisch ntrs nasa gov George P Sutton Oscar Biblarz Rocket Propulsion Elements 9 Auflage John Wiley amp Sons Hoboken 2017 ISBN 978 1 118 75388 0 S 300 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Kaltgastriebwerk amp oldid 229943256