02.02.2002 / Autor: Karl Urban Raumfahrt > Space Shuttle

Technik: Die Haupttriebwerke

Die Haupttriebwerke der amerikanischen Raumfähren sind die einzigen im Einsatz befindlichen Flüssigkeitsraketentriebwerke, die mehrmals verwendet werden.

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Das Space Shuttle lässt sich in drei Komponente aufteilen, von der nur eine nicht wiederverwendbar ist. Der Orbiter, das eigentliche Shuttle, wird auf der Startplattform mit dem externen Tank und zwei Feststoff-Boostern gekoppelt. Beim Start bilden die Booster die erste Raketenstufe. Der Tank liefert den Treibstoff für das Haupttriebwerk, das im Orbiter integriert ist.



Installation der drei Haupttriebwerke eines Shuttles im August 2002, nachdem sie wegen der Überprüfung der Treibstoffleitungen auf Haarrisse ausgebaut waren.
(Foto: NASA)
3. Das Haupttriebwerk
Die drei Haupttriebwerke des Space Shuttles produzieren zusammen mit den Feststoff-Boostern den nötigen Schub zum Abheben des Orbiters. Sie arbeiten nach dem Start für 8,5 Minuten, also die Zeit, die das Shuttle mit "voller Kraft" fliegen muss. Nach dem Abwurf der Feststoff-Booster produzieren alleine die Haupttriebwerke den Schub, um das Shuttle von "nur" 4.828 km/h auf 27.358 km/h zu beschleunigen, und das in ganzen sechs Minuten.

Während der Beschleunigung verbrennen die Triebwerke ca. 1,9 Millionen Liter Treibstoff, die zuvor im orangen externen Tank gespeichert waren. Die Haupttriebwerke verbrennen flüssigen Wasserstoff - die zweitkälteste Flüssigkeit der Welt - und flüssigen Sauerstoff. Die Abgase des Triebwerks bestehen größtenteils aus reinem Wasserdampf, denn während der Reaktion von Wasser- und Sauerstoff entsteht Wasser - damit sind die Haupttriebwerke sehr umweltfreundliche Komponenten. Der Gasausstoß bewirkt den Schub, der das Shuttle schließlich in den Erdorbit befördert.

Die Triebwerke verbrauchen weniger in als 25 Sekunden so viel Treibstoff, wie in einen mittelgroßen Swimming-Pool passt, und die Treibstoffpumpen arbeiten dabei 13 Mal so schnell wie die eines Autos bei 120 km/h. Die Triebwerke erzeugen den Schub durch die Verbrennung der hochenergetischen Treibstoffe in einem gestaffelten Verbrennungszyklus. Teilweise werden sie in einen "Vorbrenner" geleitet, um den nötigen Druck der Turbopumpen zu gewährleisten, die wiederum den Treibstoff in die Hauptbrennkammer pumpen. Die Temperatur in der Brennkammer kann dabei mehr als 3.300 °C erreichen.



Schematischer Aufbau der Shuttle-Haupttriebwerke.
(Grafik: NASA)
Jedes der drei Space Shuttle-Haupttriebwerke arbeitet mit einem Treibstoffverhältnis von 6:1 (Sauerstoff / Wasserstoff). Dabei wird am Boden ein Schub von 179,097 Tonnen erzeugt, im Vakuum steigt dieser Wert auf 213,188 Tonnen. Die Triebwerke können minimal auf 65 Prozent Schubleistung gedrosselt werden, der maximale Wert liegt bei 109 Prozent. Dies erlaubt einen hohen Startschub während des "Lift-off" und der ersten Flugminuten, lässt aber auch eine Reduzierung zu, um das Limit von 3 G (entspricht der 3-fachen Gravitationskraft) nicht zu überschreiten. Auch kurz nach dem Start - etwa 35 bis 80 Sekunden nach Abheben der Raumfähre - wird die Leistung der drei Haupttriebwerke reduziert, um die Belastung des Orbiters beim Flug durch den dichten Teil der Erdatmosphäre etwas zu reduzieren.

Die Haupttriebwerke der US-Raumfähren sind seit Beginn des Shuttle-Programms der NASA mehrmals verbessert worden, wobei der Hauptaugenmerk auf einer erhöhten Betriebssicherheit lag. Bis heute sind es die einzigen existierenden Flüssigtreibstoffantriebe, die mehr als nur einmal zum Einsatz kommen.
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