Unterschied verschiedener Antriebsmethoden Raketen

Hallo Zusammen

Ich bin auf der Suche nach geeignetem Material für ein Schulreferat. Dazu benötige ich, wie im Titel erwähnt die Unterscheidungen von verschiedenen Antriebsmethoden einer Rakete. (Insbesondere Gasantrieb / Chemischer Antrieb)

Kennt jemand eine gute Seite, die den Unterschied erklärt? Habe bislang nicht viel brauchbares gefunden, vor allem zum Gasantrieb.


Vielen lieben Dank,

Raumi

Ich kenne keine Seite welche die Unterschiede direkt aufführen würde.

Aber da du dich für dein Referat eh durch die verschiedenen Antriebsmethoden arbeiten musst, kannst du so einen Vergleich recht gut selbst erstellen.
https://en.wikipedia.org/wiki/Rocket_engine ist ein guter Anfangspunkt, von wo aus man sich weiter ausbreiten kann.

Abgesehen davon wissen wir zu wenig über dein Referat (Umfang, genaue Aufgabenstellung etc.) um dir jetzt

PS: Und hier sind doch tatsächlich die Vor- und Nachteile übersichtlich aufgeführt: https://en.wikipedia.org/wiki/Rocket_engine#Types_of_rocket_engines

Vielen Dank für die schnelle Antwort und die Auflistung. Ich weiss nicht ob du dir die Zeit nehmen kannst mit Folgende Fragen zu beantworten:

1. In vielen Berichten wird in Flüssigstoff und Feststoff-Antrieben unterteilt.  Jedoch ist mir jetzt nicht schlüssig was jetzt zu welcher Methode gehört?


2. Ist es richtig, dass die heutigen Raketen mit der chemischen Methode angetrieben werden? Und fällt Gas auch unter die chemischen Antriebe?



Vielen lieben Dank.


Raumi

Ist die Fragestellung tatsächlich Gas- vs. chemischer Antrieb?

Das kann eben schnell zu Missverständnissen führen. Auch "chemische Antriebe" nutzen Gas, spätestens beim Austritt aus der Düse.

Was wahrscheinlich gemein ist: Mit welcher Methode wird "Energie" ins Systems gebracht, in die sog. "Stützmasse", die ausgestoßen wird:
- Gasantriebe hätten einfach ein unter Druck stehendes ("gespanntes") Gas als Stützmasse, das durch eine Düse entspannt wird und Schub erzeugt. Das wäre dann auch nur ein Einkomponentensystem.
- "Chemische Antriebe" nutzen eine chemische Reaktion, um Energie in die Stützmasse zu bringen. Das können sich zersetzende Stoffe sein, die Wärme freisetzen, oder heute als Standard eine Kombination aus Oxidation und Treibstoff, die in einer Redox-Reaktion sich erwärmen.

Zu 1: Gemeint ist damit, ob der Treibstoff flüssig oder fest ist. Flüssigen Treibstoff kann man mit einer Pumpe durch eine Leitung pumpen. Man kann ihn erhitzen bis er sich verdampft. Dann hat man Gasförmigen Treibstoff. Und diesen kann man jetzt verbrennen. Stellt man die Pumpe aus, geht auch die Verbrennung aus und das Triebwerk ist aus. Fester Treibstoff ist Fest. Er kann nicht bewegt werden, sondern verbrennt an Ort und Stelle. Somit hat man keine Möglichkeit mehr, so ein Triebwerk abzuschalten oder im Weltall noch ein zweites mal zu zünden.

Hinweis: Bei Flüssigen Treibstoffen hat man immer zwei Komponenten. Grob gesagt der Treibstoff und der Sauerstoff. Es gibt hier Treibstoffsorten, welche sich automatisch Entzünden. Die haben viele Vorteile, da man keine "Zündvorrichtung" benötigt. Sie haben jedoch auch den Nachteil, daß sie eigentlich alle extrem giftig sind.

Zu 2: Chemisch bedeutet, daß man etwas verbrennt. Raketentriebwerke arbeiten im großen und ganzen alle so. Egal ob Du einen Festen, Flüssigen oder Gasförmigen Treibstoff hast.

Hinweis: Es gibt auch noch elektrische Triebwerke für Satelliten. Hier wird mit Strom aus Solarpanelen Gas Ionisiert und ausgestoßen.

Hinweis: Es gibt auch noch Steuerdüsen. Hier wird meist ein Gas ausgestoßen um die Rakete ein klein wenig in der Lage zu verändern. Das ist zwar keine "Raketentreibstoff", aber trotzdem wird hier mit Energie die Rakete beschleunigt (wenn auch Minimal).

Vielen Dank für die schnelle Antwort und die Auflistung. Ich weiss nicht ob du dir die Zeit nehmen kannst mit Folgende Fragen zu beantworten:

1. In vielen Berichten wird in Flüssigstoff und Feststoff-Antrieben unterteilt.  Jedoch ist mir jetzt nicht schlüssig was jetzt zu welcher Methode gehört?

2. Ist es richtig, dass die heutigen Raketen mit der chemischen Methode angetrieben werden? Und fällt Gas auch unter die chemischen Antriebe?

Vielen lieben Dank.

Raumi

Kurz und knapp:

ad 1:
Feststofftriebwerke nutzen Treibstoff in fester Form, meistens als feste Masse in eine stabile Hülle gepresst. Dabei brennt dann der Treibstoff im inneren ab, erzeugt ein heißes Gas als Verbrennungsprodukt (chemische Reaktion der verschiedenen Bestandteile des Festtreibstoffs), welches durch eine Düse ausströmt und dabei Schub erzeugt. Ergo: ein Treibstoffbehälter, in dem beide Bestandteile vermischt sind und nach Zündung verbrennen.

Flüssigtreibstoffe nutzen einen flüssig gelagerten Treibstoff und eine flüssigen Oxidator, welche beim zusammentreffen verbrennen und ebenfalls heißes Gas erzeugen. Am einfachsten verbrennt Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 zu Wasserdampf H2O. Ergo:  zwei getrennte Treibstoffe, welche zusammengemischt, gezündet und dann verbrannt werden.

(es gibt auch Mischformen mit einem flüssigen und einem Feststreibstoff)

ad 2:  ja, andere Antrieb wurden bei Raketen noch nie verwendet. Gas kann auch durch blose Erhitzung einer Flüssigkeit, z.B. flüsspger Wasserstoff, erzeugt werden, wenn die Hitze dazu aus einer Kernspaltung kommt. Dazu braucht man dann keine Verbrennung.
Gas fällt unter die chemischen Antrieb, sofern eine chemische Reaktion, z.B. Verbrennung stattfindet. Wasserstoff und Sauerstoff gelten als verflüssigte Gase, genauso Methan (ist quasi verflüssigtes Erdgas).
Allerdings gibt es Satelliten die zur Lageregelung elektrische Antriebe verwenden, dabei wird eine Stützmasse in einem elektrischen Feld beschleunigt und erzeugt dadurch Schub. Das ist keine chemische Reaktion, also kein chemischer Antrieb. Der Schiub ist aber viel zu gering für Raketen.

Liees mal:
https://www.bernd-leitenberger.de/grundlagen-der-raumfahrt.shtml

ad 2:  ja, andere Antrieb wurden bei Raketen noch nie verwendet.

Das stimmt so nicht.

Speziell Kaltgastriebwerke werden gerne für Steuerungszwecke verwendet, prominent etwa von SpaceX.

Ein Kaltgastriebwerk ist einfach ein unter Druck stehender Treibstofftank (etwa ein Drucklufttank), welche über ein Ventil mit eine Düse verbunden ist.

Ein Beispiel von Raketentriebwerken ohne chemische Erwärmung des Treibstoffs sind Resistojets bei denen der Treibstoff durch ein elektrisches Heizelement geheizt wird. Diese Triebwerke waren lange Zeit zur Lageregelung von Satelliten beliebt, werden heute aber zunehmend von Ionentriebwerken verdrängt.

Zitat von: proton01 am 20. August 2019, 22:54:19

ad 2:  ja, andere Antrieb wurden bei Raketen noch nie verwendet.

Das stimmt so nicht.

Speziell Kaltgastriebwerke werden gerne für Steuerungszwecke verwendet, prominent etwa von SpaceX.

Ein Kaltgastriebwerk ist einfach ein unter Druck stehender Treibstofftank (etwa ein Drucklufttank), welche über ein Ventil mit eine Düse verbunden ist.

Ein Beispiel von Raketentriebwerken ohne chemische Erwärmung des Treibstoffs sind Resistojets bei denen der Treibstoff durch ein elektrisches Heizelement geheizt wird. Diese Triebwerke waren lange Zeit zur Lageregelung von Satelliten beliebt, werden heute aber zunehmend von Ionentriebwerken verdrängt.

Naja, ist eine Frage der Definition. Steuertriebwerke sind kein (Haupt)Antrieb für eine Rakete. Kaltgas-Steuertriebwerke gibt es schon länger, das hat nicht erst SpaceX erfunden. Das hat Ariane auch.
Die Frage war ja nach "verschiedene Antriebsmethoden Raketen", was immer da alles gemeint sein soll.

Kann mir jemand sagen, warum man bei Kaltgasantrieben, das Gas bei bis zu 10.000 Bar gespeichert wird?


(Quelle: Rocket Propulsion Elements von George P. Sutton, Oscar Biblarz)


Sinn mach das doch nicht wirklich, wenn doch die Kaltgasantriebe bei Drücken von 1,5 bis 5 Bar Arbeiten....

Kann mir jemand sagen, warum man bei Kaltgasantrieben, das Gas bei bis zu 10.000 Bar gespeichert wird?

Sinn mach das doch nicht wirklich, wenn doch die Kaltgasantriebe bei Drücken von 1,5 bis 5 Bar Arbeiten....

Sinn ergibt das schon. Gas hat ja den Vorteil, dass es kompressibel ist. Je hoeher der Druck in den Tanks, umso mehr Treibstoff kann man mitnehmen. Fuer den eigentlichen Betrieb koennte man natuerlich mit weniger arbeiten, aber dann waere das Gas schneller aufgebraucht.

Zitat von: Teetasse am 22. August 2019, 13:29:22

Kann mir jemand sagen, warum man bei Kaltgasantrieben, das Gas bei bis zu 10.000 Bar gespeichert wird?

Sinn mach das doch nicht wirklich, wenn doch die Kaltgasantriebe bei Drücken von 1,5 bis 5 Bar Arbeiten....

Sinn ergibt das schon. Gas hat ja den Vorteil, dass es kompressibel ist. Je hoeher der Druck in den Tanks, umso mehr Treibstoff kann man mitnehmen. Fuer den eigentlichen Betrieb koennte man natuerlich mit weniger arbeiten, aber dann waere das Gas schneller aufgebraucht.

Sicher? Für Drücke bis einige 100 bar kann ich es nachvollziehen. Aber bei einige 1000 bar dürfte es doch zu keiner Volumenabnahme mehr kommen?  1 Liter Flüssiges Xenon sind etwa 534 Gasförmiges Xenon oder 2,9 Kg/l.  Es würde doch hier kein sinn machen, Das Xenon auf einige 1000 Bar zu verdichten. denn unter die 2,9 Kg/l wird man nicht kommen...  Theoretisch könnte man doch Xenon nur auf etwa 534 Komprimieren, danach wäre es doch keine "Komprimierung" sondern eher ein "unter Druck setzen" Wasser kann ja auch nicht Verdichtet werden...

Sicher? Für Drücke bis einige 100 bar kann ich es nachvollziehen. Aber bei einige 1000 bar dürfte es doch zu keiner Volumenabnahme mehr kommen?  1 Liter Flüssiges Xenon sind etwa 534 Gasförmiges Xenon oder 2,9 Kg/l.  Es würde doch hier kein sinn machen, Das Xenon auf einige 1000 Bar zu verdichten. denn unter die 2,9 Kg/l wird man nicht kommen...  Theoretisch könnte man doch Xenon nur auf etwa 534 Komprimieren, danach wäre es doch keine "Komprimierung" sondern eher ein "unter Druck setzen" Wasser kann ja auch nicht Verdichtet werden...

Bei Kaltgasantrieben nimmt man in der Regel eher Stickstoff als Xenon. Da liegt der Siedepunkt um fast 100 Grad niedriger. Da scheint in dem Text aber allgemein ein Fehler zu stecken. Da steht 300 - 1000 MPa oder 300 - 10000 psi. Umgerechnet in Bar sind das aber total unterschiedliche Werte. 1000 MPa sind 10000 bar, aber 10000 psi ergeben nur knapp 700 bar, was dann schon wieder realistischer erscheint. Ich vermute die 1000 MPa sind ein Tippfehler. 

Chemischer Antrieb!
Streng genommen fällt darunter ja fast alles, was heute verwendet wird. Ich stoße "etwas" möglichst flott hinten raus, damit mich der Impuls vorwärts treibt.
Einzig ein Photonenantrieb (immer noch ein Impulsantrieb - nach Star-Trek-Sprech) wäre in dieser Form etwas anderes. Außer diesen Photonen ist alles was hinten raus "geworfen" wird, chemisch in der weitesten Form.

Das einzige, was tatsächlich bereits ansonsten heute technisch umsetzbar ist, dass in diesem Sinne kein chemischer Antrieb ist, wäre ein Solarsegel. Aber selbst das ist ein Impulsantrieb.

Alle anderen denkbaren Antriebe welche keine Impulsantriebe wäre, bis hin zu einer Art Warp-Antrieb (oder in der "der dunkle Wald"-Roman-Trilogie "Krümmungsantrieb genannt), sind bisher rein abstrakt-theoretische Modelle, welche womöglich niemals anwendbar werden.

Also:
Alle praktisch einsetzbaren Antriebe sind Impulsantriebe. Die meisten davon chemische Antriebe.
Innerhalb dessen gibt es aber eine Vielzahl denkbarer Antriebe, wie die heutigen "verbrennungsantriebe", Kaltgas-"Antriebe" oder elektrische Antriebe (Ionentriebwerke), welche auch etwas "Chemisches" ausstoßen, wenn auch Plasma, das seine Energie nicht durch chemische Reaktionen bezieht.

Chemischer Antrieb!
Streng genommen fällt darunter ja fast alles, was heute verwendet wird. Ich stoße "etwas" möglichst flott hinten raus, damit mich der Impuls vorwärts treibt.
Einzig ein Photonenantrieb (immer noch ein Impulsantrieb - nach Star-Trek-Sprech) wäre in dieser Form etwas anderes. Außer diesen Photonen ist alles was hinten raus "geworfen" wird, chemisch in der weitesten Form.

Das einzige, was tatsächlich bereits ansonsten heute technisch umsetzbar ist, dass in diesem Sinne kein chemischer Antrieb ist, wäre ein Solarsegel. Aber selbst das ist ein Impulsantrieb.

Alle anderen denkbaren Antriebe welche keine Impulsantriebe wäre, bis hin zu einer Art Warp-Antrieb (oder in der "der dunkle Wald"-Roman-Trilogie "Krümmungsantrieb genannt), sind bisher rein abstrakt-theoretische Modelle, welche womöglich niemals anwendbar werden.

Also:
Alle praktisch einsetzbaren Antriebe sind Impulsantriebe. Die meisten davon chemische Antriebe.
Innerhalb dessen gibt es aber eine Vielzahl denkbarer Antriebe, wie die heutigen "verbrennungsantriebe", Kaltgas-"Antriebe" oder elektrische Antriebe (Ionentriebwerke), welche auch etwas "Chemisches" ausstoßen, wenn auch Plasma, das seine Energie nicht durch chemische Reaktionen bezieht.

Chemischer Antrieb bedeutet nicht einfach daß irgend ein chemischer Stoff ausgestoßen wird, sondern daß eine chemische Reaktion wie Verbrennung stattfindet, welche chemische Energie freisetzt. Die Beschleunigung eines Gases durch elektrische oder magnetische Felder ist Physik, aber keine Chemie, dabei wird keine chemische Energie frei.

Kaltgas-Antriebe sind genauso eigentlich keine chemischen Antrieb, da rein druckgetrieben, auch dabei wird keine chemische Energie frei.

Zitat von: Pham am 23. August 2019, 08:43:55

Chemischer Antrieb!
Streng genommen fällt darunter ja fast alles, was heute verwendet wird. Ich stoße "etwas" möglichst flott hinten raus, damit mich der Impuls vorwärts treibt.
Einzig ein Photonenantrieb (immer noch ein Impulsantrieb - nach Star-Trek-Sprech) wäre in dieser Form etwas anderes. Außer diesen Photonen ist alles was hinten raus "geworfen" wird, chemisch in der weitesten Form.

Das einzige, was tatsächlich bereits ansonsten heute technisch umsetzbar ist, dass in diesem Sinne kein chemischer Antrieb ist, wäre ein Solarsegel. Aber selbst das ist ein Impulsantrieb.

Alle anderen denkbaren Antriebe welche keine Impulsantriebe wäre, bis hin zu einer Art Warp-Antrieb (oder in der "der dunkle Wald"-Roman-Trilogie "Krümmungsantrieb genannt), sind bisher rein abstrakt-theoretische Modelle, welche womöglich niemals anwendbar werden.

Also:
Alle praktisch einsetzbaren Antriebe sind Impulsantriebe. Die meisten davon chemische Antriebe.
Innerhalb dessen gibt es aber eine Vielzahl denkbarer Antriebe, wie die heutigen "verbrennungsantriebe", Kaltgas-"Antriebe" oder elektrische Antriebe (Ionentriebwerke), welche auch etwas "Chemisches" ausstoßen, wenn auch Plasma, das seine Energie nicht durch chemische Reaktionen bezieht.

Chemischer Antrieb bedeutet nicht einfach daß irgend ein chemischer Stoff ausgestoßen wird, sondern daß eine chemische Reaktion wie Verbrennung stattfindet, welche chemische Energie freisetzt. Die Beschleunigung eines Gases durch elektrische oder magnetische Felder ist Physik, aber keine Chemie, dabei wird keine chemische Energie frei.

Kaltgas-Antriebe sind genauso eigentlich keine chemischen Antrieb, da rein druckgetrieben, auch dabei wird keine chemische Energie frei.

Du hast sicher recht. Vor allem bei der Definition von "chemischer Antrieb".
Ich wollte mit meiner Darstellung eine unkonventionelle und nicht der allgemeinen Definition entsprechende  Sichtweise auf "Antriebe im Vakuum" werfen. 

Übrigens noch ein chemischer Antrieb:

Hallo,

zumindest spielt eine Protonenübertragungsreaktion (Säure-Base-Reaktion) eine entscheidende Rolle bei der Rakete:



Chemische Grüße

Mario